KR20120057578A - Aluminum base material, metal substrate having insulating layer employing the aluminum base material, semiconductor element, and solar battery - Google Patents

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료우조우 카이토
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Abstract

심플한 프로세스로 제조할 수 있고, 반도체 프로세스 동안에 내열성을 나타내고, 내전압성이 우수하고, 누설 전류가 적은 절연층을 갖는 금속 기판, 및 상기 금속 기판을 실현하는 Al 기재를 제공한다. 절연층을 갖는 금속 기판은 Al 기재의 적어도 한면에 애노드 산화를 행하여 형성된다. 상기 Al 기재는 Al 매트릭스 중에 석출 입자로서 애노드 산화에 의해 애노드화되는 물질의 석출 입자만을 포함한다.  Provided are a metal substrate which can be manufactured by a simple process, exhibits heat resistance during a semiconductor process, is excellent in voltage resistance, and has a low leakage current, and an Al substrate for realizing the metal substrate. A metal substrate having an insulating layer is formed by subjecting at least one surface of the Al substrate to anode oxidation. The Al substrate contains only precipitated particles of a material which are anodized by anode oxidation as precipitated particles in an Al matrix.

Description

알루미늄 기재, 그 알루미늄 기재를 사용한 절연층을 갖는 금속 기판, 반도체 소자 및 태양전지{ALUMINUM BASE MATERIAL, METAL SUBSTRATE HAVING INSULATING LAYER EMPLOYING THE ALUMINUM BASE MATERIAL, SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND SOLAR BATTERY} Aluminum substrate, metal substrate, semiconductor device, and solar cell having an insulating layer using the aluminum substrate {ALUMINUM BASE MATERIAL, METAL SUBSTRATE HAVING INSULATING LAYER EMPLOYING THE ALUMINUM BASE MATERIAL, SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND SOLAR BATTERY}

본 발명은 애노드화 막이 절연층인 반도체 소자용의 절연층을 갖는 금속 기판을 형성하기 위한 Al 기재, 상기 절연층을 갖는 금속 기판, 반도체 소자 및 태양 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an Al base material for forming a metal substrate having an insulating layer for a semiconductor element whose anode layer is an insulating layer, a metal substrate having the insulating layer, a semiconductor element, and a solar cell.

태양 전지 및 TFT(박막 트랜지스터) 등의 반도체 소자를 형성하는데 있어서, 최근 플렉시블화 및 경량화가 진척되고 있다. 플렉시블 디바이스는 전자 종이, 플렉시블 디스플레이 등의 각종 용도 등으로 사용될 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION In forming semiconductor devices such as solar cells and TFTs (thin film transistors), flexibility and weight reduction have recently been advanced. The flexible device can be used for various uses such as an electronic paper and a flexible display.

반도체 소자의 기판으로는 그 위에 형성되는 반도체 회로에 대한 절연성 및 소자 특성이 우수한 반도체 막의 형성 온도에 상기 기판이 견딜 수 있는 내열성 등이 요구되기 때문에 글래스 기판이 주로 사용되어 왔다. 그러나, 글래스 기판은 깨지기 쉽고, 가요성이 열악하다. 따라서, 얇고 초경량의 글래스 기판을 형성하는 것이 어렵다.As a substrate of a semiconductor element, a glass substrate has been mainly used because heat resistance and the like that the substrate can withstand at a formation temperature of a semiconductor film having excellent insulation and semiconductor device characteristics formed thereon are required. However, the glass substrate is fragile and poor in flexibility. Therefore, it is difficult to form a thin, ultra-light glass substrate.

이런 이유로, 종래의 글래스 기판에 비해서 경량이고, 가요성이 뛰어나고, 또한 고온 처리에도 견딜 수 있는 기판으로서, 절연막이 형성된 Al 및 스테인레스 강 등의 금속으로 형성된 기판이 고려되고 있다. 상기한 바와 같이, 반도체 회로와 기판이 서로 절연될 필요가 있다. 절연막은 누설 전류가 적고(높은 저항), 높은 내전압성, 사용 동안에 가해지는 전압으로 인하여 절연 파괴가 일어나지 않는 것이 요구된다.For this reason, as a board | substrate which is lightweight compared with the conventional glass substrate, excellent in flexibility, and withstands high temperature processing, the board | substrate formed from metals, such as Al and stainless steel with an insulating film, is considered. As described above, the semiconductor circuit and the substrate need to be insulated from each other. The insulating film is required to have low leakage current (high resistance), high withstand voltage, and no breakdown due to the voltage applied during use.

예를 들면, CIGS 태양 전지에서는 개개의 태양 전지 셀에 의해 발생된 전압은 최대로 0.65V 정도이다. 그러나, 단일 기판 상에서 100개 가까이의 셀이 직렬로 접속된 모듈 회로가 일반적이다. 안전성이나 장기 신뢰성을 고려하면, 금속 기판의 절연막에는 500V이상의 내전압이 필요하다. 또한, 절연 파괴가 일어나지 않는 경우라도 누설 전류가 존재하면 태양 전지 모듈의 광전 변환 효율성이 저하될 수 있다.For example, in a CIGS solar cell, the voltage generated by each solar cell is at most 0.65V. However, module circuits in which nearly 100 cells are connected in series on a single substrate are common. In consideration of safety and long-term reliability, an insulation voltage of 500 V or more is required for the insulating film of the metal substrate. In addition, even when dielectric breakdown does not occur, the presence of a leakage current may lower the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module.

일본 미심사 특허공개 제2001-339081호에는 도전성 베이스의 양면에 절연층이 설치된 기판을 사용한 CIGS 태양 전지가 개시되어 있다. 그러나, 일본 미심사 특허공개 제2001-339081호의 기판은 금속 베이스 상에 산화막을 기상법이나 액상법에 의해 형성하여 얻는다. 이것은 상기 산화막에 핀홀, 크랙 등을 형성하기 쉽게 한다. 또한, 밀착성의 점으로부터, 상기 산화막은 반도체 처리 동안에 상기 금속 기재로부터 박리되기 쉽다. 상기 결점으로 인하여, 소자 특성이 양호한 반도체 소자를 얻는 것이 곤란하다.Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-339081 discloses a CIGS solar cell using a substrate provided with an insulating layer on both sides of a conductive base. However, the substrate of Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-339081 is obtained by forming an oxide film on a metal base by a gas phase method or a liquid phase method. This makes it easy to form pinholes, cracks, and the like in the oxide film. Further, from the point of adhesion, the oxide film is likely to peel off from the metal substrate during semiconductor processing. Due to this drawback, it is difficult to obtain a semiconductor device having good device characteristics.

한편, Al 기판의 표면 상을 애노드 산화 처리하고, 표면에 다공질의 AAO(Anodized Almminum 0xide, 애노드화 산화 알루미늄)막이 형성된 Al 기판을 사용하는 것이 제안되어 있다. 이러한 기판은 애노드화 부분으로 형성된 절연층 및 애노드화되지 않고 잔존하는 비애노드화 부분으로 형성된 금속층(Al층)으로 이루어진다. 따라서, 절연층과 금속층간의 밀착성이 양호하고, 대면적의 기판이 단일 처리 공정으로 얻어질 수 있다. 그러나, AAO 막은 다공성 막이고, 따라서 그 절연성은 높지 않다. 따라서, AAO 막의 절연성을 향상시키는 기술, 및 열악한 절연성으로 인하여 야기된 소자 특성 열화를 보충하는 기술이 제안되어 있다(일본 미심사 특허공개 제2000-049372, 7(1995)-147416 및 2003-330249호).On the other hand, it has been proposed to use an Al substrate having an anode oxidation treatment on the surface of an Al substrate and having a porous AAO (Anodized Almminum 0xide) film formed on the surface. Such a substrate is composed of an insulating layer formed of an anodized portion and a metal layer (Al layer) formed from an anodized non-anodized portion. Therefore, the adhesion between the insulating layer and the metal layer is good, and a large area substrate can be obtained in a single processing step. However, AAO membranes are porous membranes and therefore their insulation is not high. Therefore, techniques for improving the insulation of AAO films and techniques for compensating for deterioration of device characteristics caused by poor insulation have been proposed (Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 2000-049372, 7 (1995) -147416, and 2003-330249). ).

일본 미심사 특허공개 제2000-049372호에는 기판의 표면상에 불균일 구조를 형성함으로써 광의 이용 효율을 높게 해서 소자 특성의 향상을 제안하고 있다. 일본 미심사 특허공개 제7(1995)-147416호에는 AAO 막의 표면을 SiN 막으로 피복하여 절연성을 향상시킨 액정 매트릭스 패널이 개시되어 있다. 일본 미심사 특허공보 제 2003-330249호에는 절연성을 향상시키기 위해 다공질 부분의 미세구멍의 바닥과 Al 베이스의 사이의 알루미나층인 배리어층 두께가 세공 충진법으로 두껍게 된다.Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-049372 proposes an improvement in device characteristics by increasing light utilization efficiency by forming a non-uniform structure on the surface of a substrate. Japanese Unexamined Patent Publication No. 7 (1995) -147416 discloses a liquid crystal matrix panel in which the surface of an AAO film is coated with a SiN film to improve insulation. In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-330249, in order to improve insulation, the barrier layer thickness, which is an alumina layer between the bottom of the micropores of the porous portion and the Al base, is thickened by the pore filling method.

일본 미심사 특허공개 제2000-049372호에서는 기판 표면에 형성된 불균일 구조에 의해 소자 특성이 개선된다. 그러나, 절연성 자체는 향상되지 않고, 내전압성 및 누설 전류에 관한 문제가 여전히 존재한다. 또한, 일본 미심사 특허공개 제7(1995)-147416 및 2003-330249호에 제안된 방법은 AAO막 형성 후에 프로세스가 더 요구된다.In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-049372, device characteristics are improved by a non-uniform structure formed on a substrate surface. However, the insulation itself does not improve, and there are still problems regarding the breakdown voltage and the leakage current. In addition, the methods proposed in Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 7 (1995) -147416 and 2003-330249 require a further process after AAO film formation.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 단순한 프로세스로 제조할 수 있고, 반도체 처리 동안에 내열성을 갖고, 내전압성이 우수하고, 누설 전류가 적은 절연층을 갖는 금속 기판을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 금속 기판을 실현하는 Al 기재를 제공하는 것이다.This invention is made | formed in view of the said situation. It is an object of the present invention to provide a metal substrate having an insulating layer which can be manufactured in a simple process, has heat resistance during semiconductor processing, is excellent in voltage resistance, and has a low leakage current. Another object of the present invention is to provide an Al substrate for realizing a metal substrate.

본 발명의 또 다른 목적은 절연층을 갖는 금속 기판을 사용한 반도체 소자 및 태양 전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device and a solar cell using a metal substrate having an insulating layer.

본 발명자는 반도체 소자용 기판으로서 사용되는 표면에 애노드화 막을 구비한 Al 기판(이하, AAO(Anodized Almminun Oxide) 기판이라 함)의 누설 전류 특성 및 내전압 특성을 저하시키는 요인에 대해서 예의 검토하였다. 그 예의 검토의 결과, 누설 전류 특성 및 내전압 특성이 우수한 반도체 소자용 기판의 신규 설계 사상을 발견하는데 성공했다. 본 발명자는 상기 신규 설계 사상에 기초하여 누설 전류 특성 및 내전압 특성이 우수한 반도체 소자용 기판 및 반도체 소자용 기판을 실현하는 Al 기재, 및 반도체 소장용 기판을 사용한 반도체 소자를 발명하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor earnestly examined about the factor which lowers the leakage current characteristic and withstand voltage characteristic of the Al substrate (henceforth AAO (Anodized Almminun Oxide) substrate) provided with the anodization film on the surface used as a semiconductor element substrate. As a result of examination of the example, it succeeded in discovering the new design idea of the board | substrate for semiconductor elements excellent in the leakage current characteristic and withstand voltage characteristic. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor invented the semiconductor element which used the board | substrate for semiconductor elements and the semiconductor element board | substrate which implement | achieves the board | substrate for semiconductor elements excellent in the leakage current characteristic and withstand voltage characteristic based on the said novel design idea.

즉, 본 발명의 Al 기재는 적어도 한 면에 애노드 산화를 행함으로써, 반도체소자용의 절연층을 갖는 금속 기판을 형성하는 방법에 사용되는 Al 기재로서, That is, the Al substrate of the present invention is an Al substrate used for a method of forming a metal substrate having an insulating layer for a semiconductor device by performing anode oxidation on at least one surface.

Al 매트릭스 내에 석출 입자로서, 애노드 산화에 의해 애노드 산화될 수 있는 물질의 석출 입자만이 포함(불가피 불순물을 포함해도 좋음)되는 것을 특징으로 한다.The precipitated particles in the Al matrix are characterized in that only precipitated particles of a substance which can be anode oxidized by anode oxidation are included (may include unavoidable impurities).

여기서, 석출 입자가 포함되는 Al 기재는 순수 Al, 미량의 불가피 불순물의 고체 용질 원소를 갖는 순수 Al 결정 또는 Al과 미량의 다른 금속 원소의 합금 매트릭스이어도 좋다. Al 매트릭스 내에 포함된 불가피 불순물 원소 및 석출 입자의 함량은 상기 Al 기재의 10중량%이하이다.Here, the Al substrate containing the precipitated particles may be pure Al, pure Al crystals having a solid solute element of trace inevitable impurities, or an alloy matrix of Al and trace amounts of other metal elements. The content of unavoidable impurity elements and precipitated particles contained in the Al matrix is 10% by weight or less of the Al substrate.

여기서, "석출 입자"는 Al 매트릭스와는 결정 구조가 다른 결정 및 입자 형태의 아모르포스의 물질을 의미하는 것이다. 예를 들면, 산업용의 단련된 알루미늄에는 미량의 불순물이 포함된다. 고체 용질 제한을 초과하는 불순물의 결과, 상기 불순물 성분과 Al의 금속간 화합물 또는 금속 Si 등의 금속 입자가 편재해서 석출 입자를 형성한다. 일반적으로 공지된 석출 입자의 예로는 금속 Si, Al3Mg2, Al3Fe, Mg2Si, CuAl2 및 Al6Mn 등의 안정상의 금속간 화합물; 및 열처리 동안에 리파이닝 조건에 따라서, α-AlFeSi 및 Al6Fe 등의 준안정상의 금속간 화합물이 포함된다.Here, the term “precipitated particles” refers to materials of amorphous and grain form amorphous and different in Al matrix. For example, industrially annealed aluminum contains trace amounts of impurities. As a result of impurities exceeding the solid solute limit, the impurity component and metal particles such as Al intermetallic compounds or metal Si are unevenly distributed to form precipitated particles. Examples of generally known precipitated particles include stable intermetallic compounds such as metal Si, Al 3 Mg 2 , Al 3 Fe, Mg 2 Si, CuAl 2, and Al 6 Mn; And metastable intermetallic compounds such as α-AlFeSi and Al 6 Fe, depending on the refining conditions during heat treatment.

Al 기재 내의 금속 Si는 Si 결정 중에 극미량의 불순물이 고용한 도전성 Si이다.Metal Si in the Al substrate is conductive Si in which a small amount of impurities are dissolved in the Si crystal.

"애노드화 산화에 의해 산화될 수 있는 물질의 석출 입자만을 함유한다"란 Al 기재 내에 존재하는 모든 석출 입자가 애노드화 석출 입자인 상태 및 비애노드화 석출 입자가 본 발명의 목적을 실질적으로 만족시킬 수 있는 범위 내에 존재하는 상태도 포함하는 것이다. 여기서, "실질적으로 본 발명의 목적을 만족시킬 수 있는 범위"란 비애노드 석출 입자의 입자 사이즈에 따라서 또는 단면적당 입자의 개수에 따라서 적당히 설정될 수 있다."Contains only precipitated particles of a material that can be oxidized by anodized oxidation" means that all precipitated particles present in the Al substrate are anodized precipitated particles and non-anodized precipitated particles will substantially satisfy the object of the present invention. It also includes a state that exists within the range of possible. Here, the "range that can substantially satisfy the object of the present invention" may be appropriately set according to the particle size of the non-anode precipitated particles or the number of particles per cross-sectional area.

이하, Al 기재의 애노드 산화 동안에 애노드화되는 물질의 석출 입자는 "애노드화 석출 입자"라 하고, Al 기재의 애노드 산화 동안에 애노드화 되지 않는 물질의 석출 입자는 "비애노드화 석출 입자"라고 한다.Hereinafter, the precipitated particles of the material which is anodized during the anode oxidation based on Al are referred to as "anodized precipitated particles", and the precipitated particles of the material which are not anodized during the anode oxidation based on Al are referred to as "non-anodized precipitated particles".

본 발명의 Al 기재에 있어서, 애노드화 되는 물질은 Al 및 Mg 중 하나를 포함하는 금속간 화합물인 것이 바람직하다.In the Al substrate of the present invention, the material to be anodized is preferably an intermetallic compound containing one of Al and Mg.

본 발명의 Al 기재에 있어서, Al 기재 내의 석출 입자로서, 금속 Si가 실질적으로 포함되지 않는 것이 바람직하다.In the Al substrate of the present invention, it is preferable that metal Si is not substantially contained as precipitated particles in the Al substrate.

여기서, 금속 Si 석출 입자가 "실질적으로 포함되지 않다"란 Al 기재의 표면을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer, 전자 프로브 마이크로 아날라이저)로 분석되는 경우, 금속 Si 석출 입자의 존재가 확인될 수 없는 경우를 의미하는 것이라고 한다. 즉, EPMA로 검출될 수 있는 공간 분해능 미만인 석출 입자는 관찰되지 않지만, 그 정도의 금속 Si양은 허용하는 것이다. 물론, 금속 Si 석출 입자는 전혀 포함되지 않는 것이 바람직하므로 다른 분석 방법에 의해 확인될 수 있는 그 이하가 되도록 금속 Si의 양을 제어하는 것이 바람직하다.Here, when the metal Si precipitated particles are "substantially not included" when the surface of the Al substrate is analyzed by an Electron Probe Micro Analyzer (EPMA), the presence of the metal Si precipitated particles cannot be confirmed. It is said to mean. That is, no precipitated particles below the spatial resolution that can be detected with EPMA are observed, but the amount of metal Si is acceptable. Of course, since the metal Si precipitated particles are preferably not included at all, it is preferable to control the amount of the metal Si to be less than that which can be confirmed by other analysis methods.

또한, 기판 상에 SiO2 및 SiC 등의 Si를 포함하는 연마제를 사용한 경우, 연마제가 기판의 소프트 Al 매트릭스에 박히는 경우가 있다. 이와 같이 박힌 연마제는 금속 Si로서 잘못 검출될 가능성이 있다. 따라서, 기판이 NaOH 용액에 침지되어 Al 표면이 용해되고, 박힌 연마제를 구별해서 제거하고, 세정한 후에 관찰될 수 있다.Furthermore, if a polishing compound containing Si, such as SiO 2 and SiC on a substrate, there is a case abrasive it is being hit by the soft Al matrix of the substrate. Thus, the embedded abrasive may be erroneously detected as metal Si. Thus, the substrate can be observed after being immersed in NaOH solution to dissolve the Al surface, distinguishingly removing the embedded abrasive, and cleaning.

본 발명의 절연층을 갖는 금속 기판은 상기 Al 기재의 적어도 한면에 애노드 산화를 행함으로써 상기 A1 기재의 적어도 한면에 애노드화 막이 형성된 것을 특징으로 한다.The metal substrate having the insulating layer of the present invention is characterized in that an anodized film is formed on at least one surface of the A1 substrate by performing anode oxidation on at least one surface of the Al substrate.

본 발명의 반도체 소자는 본 발명의 절연층을 갖는 금속 기판, 상기 금속 기판 상에 형성된 반도체층, 및 상기 반도체 층에 전압을 인가하는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device of the present invention is characterized by including a metal substrate having an insulating layer of the present invention, a semiconductor layer formed on the metal substrate, and at least one pair of electrodes for applying a voltage to the semiconductor layer.

본 발명의 반도체 소자는 상기 반도체층이 광흡수에 의해 전류를 발생하는 광전 변환 기능을 갖는 광전 변환 소자인 것이 바람직하다. 상기 반도체층의 주성분은 적어도 1종의 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체인 것이 바람직하다. 상기 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체는 Ib족 원소, IIIb족 원소 및 VIb족 원소로 이루어지는 적어도 1종의 화합물 반도체인 것이 바람직하다. 적어도 하나의 Ib족 원소는 Cu 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택될 수 있고, 적어도 하나의 IIIb족 원소는 Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있고, 적어도 하나의 VIb족 원소는 S, Se 및 Te로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.It is preferable that the semiconductor element of this invention is a photoelectric conversion element which has a photoelectric conversion function in which the said semiconductor layer produces an electric current by light absorption. It is preferable that the main component of the said semiconductor layer is a compound semiconductor of at least 1 type chalcopite structure. It is preferable that the said compound semiconductor of the chalcopite structure is at least 1 type compound semiconductor which consists of group Ib element, group IIIb element, and group VIb element. At least one group Ib element may be selected from the group consisting of Cu and Ag, at least one group IIIb element may be selected from the group consisting of Al, Ga, and In, and at least one group VIb element is S, Se And it may be selected from the group consisting of Te.

본 명세서에 있어서, "주성분"이란 90중량% 이상이 포함되는 성분을 의미한다.In the present specification, the "main component" means a component containing 90% by weight or more.

본 발명의 태양 전지는 본 발명의 광전 변환 반도체 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.The solar cell of this invention is equipped with the photoelectric conversion semiconductor element of this invention. It is characterized by the above-mentioned.

일본 미심사 특허공개 제2002-241992호에는 1평방 밀리미터당 애노드화 막내에 포함된 벌키 금속간 화합물의 수를 규정한 내전압 특성이 우수한 표면 처리 장치용 애노드화 알루미늄 합금 부품이 개시되어 있다. 이 특허문헌의 발명에서는 내부에서 불소 플라즈마를 발생시키는 표면 처리 장치 내의 부품의 내전압 특성이 낮기 때문에 발생하는 이상 방전과 애노드화 막내의 벌키 금속간 화합물의 수와의 상관성이 발견된다. 따라서, 상기 문서의 발명은 애노드화 막의 1평방 밀리미터당의 벌키 금속간 화합물의 개수의 상한값을 정의한다.Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-241992 discloses an anodized aluminum alloy component for a surface treatment device having excellent withstand voltage characteristics that defines the number of bulky intermetallic compounds contained in an anode film per square millimeter. In the invention of this patent document, there is found a correlation between the abnormal discharge generated due to the low withstand voltage characteristics of the components in the surface treatment apparatus for generating the fluorine plasma and the number of bulky intermetallic compounds in the anode film. Thus, the invention of this document defines an upper limit of the number of bulky intermetallic compounds per square millimeter of anodized film.

상기 특허문헌에 있어서, 재료 내에 존재하고, 상기 애노드화 막에 포함되는 금속간 화합물은 애노드 산화 처리 동안에 약간만 산화되고, 실질적으로 금속 상태로 잔존하고, 애노드 산화 처리 중에 용해해서 상기 막 중에 중에 공동을 형성한다. 내전압 특성에는 그 정도에 차이는 있지만 이들 2개 인자가 내전압성에 영향을 주고, 이상 방전의 원인이 된다고 기재되어 있다(단락[0011] 등).In the above patent document, the intermetallic compound present in the material and included in the anode film is oxidized only slightly during the anode oxidation treatment, remains substantially in the metal state, dissolved during the anode oxidation treatment, and dissolved into the cavity in the film. Form. There are differences in the breakdown voltage characteristics, but these two factors are described as affecting the breakdown voltage and causing abnormal discharge (paragraph, etc.).

불소 플라즈마를 발생시키는 표면 처리 장치의 부품에 요구되는 전기 특성은 상기한 바와 같이 불소 플라즈마 발생 동안에 이상 방전을 억제할 수 있는 정도의 내전압이다. 한편, 본 발명에서 반도체 소자용 기판에 요구되는 전기 특성은 양호한 소자 특성을 초래하는 누설 전류 특성 및 높은 신뢰성의 내전압이다.As described above, the electrical characteristics required for the components of the surface treatment apparatus for generating the fluorine plasma are the withstand voltages such that abnormal discharge can be suppressed during the generation of the fluorine plasma. On the other hand, the electrical characteristics required for the substrate for semiconductor elements in the present invention are leakage current characteristics and high reliability withstand voltages that result in good element characteristics.

상기한 바와 같이, 본 발명자들는 반도체 소자용의 AAO 기판의 애노드화 막의 바닥면에 배리어층의 절연 특성이 누설 전류 특성 및 내전압 특성을 결정하는데 매우 중요하다는 것을 발견했다. 즉, 반도체 소자용 AAO 기판의 누설 전류 특성 및 내전압 특성에 배리어층의 절연성이 크게 영향을 준다는 것을 발견했다. 또한, 애노드화 막 중에 존재하는 애노드화 금속간 화합물은 용해된 공동을 형성하지 않지만, 불균일한 다공성 층이 되게 하고, 상기 불균일한 다공성 층은 애노드화 막의 절연성에는 거의 영향이 없는 것을 발견했다. 이들 발견에 관한 그 상세는 후술한다.As described above, the present inventors have found that the insulating property of the barrier layer on the bottom surface of the anode film of the AAO substrate for semiconductor devices is very important for determining the leakage current characteristic and withstand voltage characteristic. That is, it was found that the insulation of the barrier layer greatly influences the leakage current characteristics and withstand voltage characteristics of the AAO substrate for semiconductor elements. It has also been found that the anodized intermetallic compounds present in the anodized film do not form dissolved cavities, but result in a non-uniform porous layer, and the non-uniform porous layer has little effect on the insulation of the anodized film. The details regarding these findings are described later.

일본 미심사 특허공개 제2002-241992호에는 누설 전류 특성에 관한 기재는 일체없다. 또한 금속간 화합물의 존재율에 관한 설명은 애노드화 막전체에 대하여행해지고 있고, 배리어층의 절연성이 가장 중요한 것에 대해서는 기내 내지 시사도 되어 있지 않다. 따라서, 본 출원의 발명은 일본 미심사 특허공개 제2002-24l992호 에 기재된 발명과 완전히 다른 구성이고, 또한, 그 과제도 목적도 다른 것이다.In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-241992, there is no description regarding leakage current characteristics. In addition, description regarding the abundance rate of an intermetallic compound is made with respect to the whole anodized film, and what is most important about insulation of a barrier layer is not carried out in-flight or suggestive. Therefore, the invention of the present application has a configuration that is completely different from the invention described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-24l992, and also has a problem and a purpose.

본 발명은 누설 전류 특성 및 내전압 특성이 우수한 반도체 소자의 기판으로서 사용되는 표면에 애노드화 막을 갖는 Al 기판(AAO 기판)에 관한 신규 설계 사상을 제공하는 것이다. 본 발명에 의하면, 심플한 프로세스로 제조할 수 있고, 반도체 프로세싱 동안에 내열성을 갖고, 내전압성 특성이 우수하며 누설 전류가 적은 절연층을 갖는 금속 기판을 얻을 수 있다.The present invention provides a novel design idea of an Al substrate (AAO substrate) having an anode film on a surface used as a substrate of a semiconductor device having excellent leakage current characteristics and withstand voltage characteristics. According to the present invention, it is possible to obtain a metal substrate having an insulating layer which can be manufactured by a simple process, has heat resistance during semiconductor processing, is excellent in voltage resistance characteristics, and has a low leakage current.

본 발명의 Al 기재는 Al 매트릭스 중에 석출 입자로서, 애노드 산화에 의해 애노드화 될 수 있는 물질의 석출 입자만을 포함한다. 따라서, 절연층을 갖는 금속 기판이 Al 기재 상에 애노드 산화를 행함으로써 형성되면, 애노드 산화 동안에 애노드화 막 중에 포함되는 석출 입자는 Al 기재와 함께 애노드화에 의해 얻어지는 절연체 입자만이다. 따라서, 상기 Al 기재를 사용하여 얻어진 절연층을 갖는 금속 기판은 상기 절연층의 바닥의 배리어층에 절연 특성을 크게 감소시키는 도전성 석출 입자를 포함하지 않는다. 따라서, 상기 절연층의 내전압이 높아지고, 누설 전류가 작은 절연층을 갖는 금속 기판을 실현할 수 있다.The Al substrate of the present invention contains only precipitated particles of a material which can be anodized by anode oxidation as precipitated particles in an Al matrix. Therefore, when a metal substrate having an insulating layer is formed by performing anode oxidation on the Al substrate, the precipitated particles contained in the anode film during the anode oxidation are only insulator particles obtained by anodization together with the Al substrate. Therefore, the metal substrate which has the insulating layer obtained using the said Al base material does not contain electroconductive precipitated particle which greatly reduces insulation characteristics in the barrier layer of the bottom of the said insulating layer. Therefore, a metal substrate having an insulating layer having a high withstand voltage of the insulating layer and a small leakage current can be realized.

본 발명의 절연층을 갖는 금속 기판을 사용하는 반도체 소자는 절연층의 내전압 특성 및 누설 전류 특성이 우수하기 때문에 상기 반도체 소자의 특성(광전 변환 특성 등)을 최대로 사용할 수 있는 높은 내구성의 반도체이다. The semiconductor device using the metal substrate having the insulating layer of the present invention is a highly durable semiconductor capable of maximally utilizing the characteristics (photoelectric conversion characteristics, etc.) of the semiconductor device because of its excellent withstand voltage characteristics and leakage current characteristics. .

도 1은 고순도 Al 기판을 애노드화 함으로써 얻어진 AAO 기판의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다(Al-극성).
도 2는 다공성층의 하나의 세공을 확대해서 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 Al 기판의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 Al 기판을 애노드화함으로써 얻어진 절연층을 갖는 금속 기판의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4a는 금속 석출 입자를 포함하는 Al 기판의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 Al 기판을 애노드화함으로써 얻어지는 절연층을 갖는 금속 기판의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 반도체 소자를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 I-III-VI 화합물 반도체의 격자 상수와 밴드갭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 2의 애노드화 석출 입자를 지닌 절연층을 갖는 금속 기판의 전자 현미경 사진이다.
도 8a는 실시예 1의 과전류 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8b는 실시예 2의 과전류 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8c는 비교예 1의 과전류 특성을 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing the current-voltage characteristics of an AAO substrate obtained by anodizing a high purity Al substrate (Al-polarity).
2 is an enlarged view of one pore of the porous layer.
It is a schematic sectional drawing which shows the structure of Al board | substrate which concerns on 1st Embodiment of this invention.
FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the structure of a metal substrate having an insulating layer obtained by anodizing the Al substrate of FIG. 3A.
4A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an Al substrate including metal precipitated particles.
FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing the structure of a metal substrate having an insulating layer obtained by anodizing the Al substrate of FIG. 4A.
5 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the relationship between the lattice constant and the band gap of the I-III-VI compound semiconductor.
7 is an electron micrograph of a metal substrate having an insulating layer having anodized precipitated particles of Example 2. FIG.
8A is a graph showing the overcurrent characteristic of Example 1. FIG.
8B is a graph showing the overcurrent characteristic of Example 2. FIG.
8C is a graph showing the overcurrent characteristic of Comparative Example 1. FIG.

[Al 기재 및 절연층을 갖는 금속 기판][Metal substrate having Al substrate and insulating layer]

본 발명은 반도체 소자용 절연층을 갖는 금속 기판으로서 사용되는 Al 기재의 표면을 부분적으로 애노드화함으로써 얻어지는 애노드화 막을 갖는 Al 기판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 애노드화 막을 갖는 Al 기판을 제조할 수 있는 공업용 Al 기재에 관한 것이다. 본 발명자들은 애노드화 막을 갖는 Al 기판(이하, AAO 기판이라고 한다.)의 절연성을 열화시키는 요인을 예의 검토했다. 그 결과, AAO 기판의 애노드화 막의 바닥부의 배리어층의 절연성이 중요하다는 것을 발견했다. 또한, AAO 기판의 절연성은 Al 기재 중에 포함되는 불가피 불순물 중, 애노드 산화 동안에 애노드 산화되지 않고 금속으로서 잔존하는 비애노드화 석출 입자의 존재로 인하여 크게 저하하는 것을 발견했다.The present invention relates to an Al substrate having an anodized film obtained by partially anodizing the surface of an Al substrate used as a metal substrate having an insulating layer for semiconductor elements. Moreover, this invention relates to the industrial Al base material which can manufacture Al substrate which has an anode film. The present inventors earnestly examined the factor which degrades the insulation of Al board | substrate (henceforth AAO board | substrate) which has an anode film. As a result, it was found that the insulation of the barrier layer at the bottom of the anode film of the AAO substrate was important. In addition, it was found that the insulation property of the AAO substrate is greatly reduced due to the presence of non-anodized precipitated particles which remain as metals without being anode oxidized during anode oxidation among the unavoidable impurities contained in the Al substrate.

우선, 본 발명자는 불가피 불순물의 영향을 제거하기 위해서, 고순도 JIS1N99에 사용되는 것과 같은 99.99% 이상의 순도를 갖는 알루미늄이 사용되어 AAO 기판을 제조했다. 그리고, 상기 AAO 기판의 내전압 특성이 측정되었다. 상기 Al 기재를 제조하는 방법은 이하와 같다. JIS1N99에 사용되는 것과 같은 99.99% 이상의 순도를 갖는 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되었고, 용액 가열 처리 및 여과가 행해져 DC 캐스팅 방법에 의해 두께 500mm 및 폭 1200mm를 갖는 잉곳을 제조했다. 상기 잉곳의 표면은 표면 밀러에 의해 평균 두께 10mm로 밀링되었다. 이어서, 약 5시간 동안 550℃에서 등온 가열이 행해졌다. 상기 온도가 400℃로 하강하면, 상기 잉곳은 가열 압연 밀로 압연되어 두께 2.7mm의 압연된 플레이트를 형성했다. 또한, 상기 가열 처리는 어닐링 장치에 의해 1시간 동안 500℃에서 행해졌고, 미러 피니쉬드 롤을 사용한 냉각 압연에 의해 두께 0.24mm가 되도록 상기 압연된 플레이트가 마무리 가공되었다.First, in order to remove the influence of unavoidable impurities, the inventors have used aluminum having a purity of 99.99% or more, such as that used for high purity JIS1N99, to prepare an AAO substrate. Then, the breakdown voltage characteristic of the AAO substrate was measured. The method for producing the Al substrate is as follows. The solution was prepared using aluminum having a purity of at least 99.99% as used in JIS1N99, and solution heat treatment and filtration were performed to prepare an ingot having a thickness of 500 mm and a width of 1200 mm by the DC casting method. The surface of the ingot was milled to an average thickness of 10 mm by surface miller. Subsequently, isothermal heating was performed at 550 ° C. for about 5 hours. When the temperature was lowered to 400 ° C., the ingot was rolled with a hot rolling mill to form a rolled plate having a thickness of 2.7 mm. Further, the heat treatment was performed at 500 ° C. for 1 hour by an annealing apparatus, and the rolled plate was finished to be 0.24 mm in thickness by cold rolling using a mirror finished roll.

상기 Al 재료의 표면은 에탄올로 초음파 세정되었고, 아세트산 및 과염소산의 혼합 용액으로 전해 연마되었다. 이어서, 0.5mol/L 내의 Al 기판을 40V에서 정전위 전기 분해가 행해져 상기 Al 기판의 표면에 10㎛ 두께의 애노드화 막을 형성했다.The surface of the Al material was ultrasonically cleaned with ethanol and electropolished with a mixed solution of acetic acid and perchloric acid. Subsequently, electrostatic potential electrolysis was performed on the Al substrate in 0.5 mol / L at 40 V to form an anode film having a thickness of 10 탆 on the surface of the Al substrate.

얻어진 AAO 기판의 누설 전류가 애노드화되지 않고 잔존된 Al층을 네가티브 극성의 전압을 인가함으로써 측정됐다. 상기 애노드화 표면 상에 전극으로서 5mmφ 직경의 0.2㎛ 두께의 Au 막이 마스크 증착에 의해 형성되었다. Au 전극과 Al 기재 사이에 전압을 인가하여 전류 전압 특성과 절연 파괴 전압을 측정했다. 전압은 절연 파괴가 발생될 때까지 1OV 단계로 1초 동안 인가되었다. 여기서, 누설 전류 밀도는 Au 전극 면적(9.6mm2)으로 상기 누설 전류를 나눔으로써 얻어진 값으로 했다. 그 결과를 도 1에 나타낸다.The leakage current of the obtained AAO substrate was measured by applying a voltage of negative polarity to the Al layer remaining without being anodized. On the anodized surface, a 0.2 mu m thick Au film having a diameter of 5 mm diameter was formed by mask deposition as an electrode. Voltage was applied between the Au electrode and the Al substrate to measure the current voltage characteristics and the dielectric breakdown voltage. Voltage was applied for 1 second in 1OV steps until dielectric breakdown occurred. Here, the leakage current density was a value obtained by dividing the leakage current by the Au electrode area (9.6 mm 2 ). The result is shown in FIG.

도 1은 전류 전압 특성을 나타내는 그래프이다. 상기 그래프는 200V 부근에서 급격하게 전류가 흐르기 시작하고, 400V 부근에서 절연 파괴가 발생하는 것을 나타낸다. 즉, 높은 저항이 200V 부근까지 관찰되고, 상기 배리어층의 유니크한 체적 저항에 기초한 전류 양이 흐른다고 생각된다. 한편, 대량의 스파이크 형상 전류가 200V 부근에서 절연 파괴 전압까지 관찰된다. 이것은 배리어층의 전기적으로 취약한 부분에서 국소적으로 절연 파괴가 발생되기 때문에 마이크로 쇼트에 의한 스파이크 전류를 발생한다고 생각된다. 전압 증가와 함께 마이크로 쇼트가 발생된 베리어층의 수가 증가하고, 또한 각각의 미세 세공에 마이크로 쇼트 전류량이 증가하고, 최종적으로는 누설 전류와 인가 전압의 곱인 쥴(joule) 발열에 의해 재료 자체가 파괴되기 때문에 AAO 기판 전체의 절연파괴가 발생된다. 또, 도 1은 다른 Au 전극을 사용한 동일한 AAO 기판에 대해 얻어진 측정 결과인 복수의 전류-전압 특성을 나타낸다.1 is a graph showing current voltage characteristics. The graph shows that current starts to flow rapidly around 200V, and dielectric breakdown occurs around 400V. That is, high resistance is observed to around 200V, and it is thought that the amount of current based on the unique volume resistance of the barrier layer flows. On the other hand, a large amount of spike-shaped current is observed up to the dielectric breakdown voltage near 200V. This is thought to generate spike currents due to micro shots because local breakdown occurs locally in the electrically weak part of the barrier layer. As the voltage increases, the number of barrier layers in which micro shorts are generated increases, and the amount of micro short currents increases in each micropore, and finally the material itself is destroyed by joule heating, which is a product of leakage current and applied voltage. This causes breakdown of the entire AAO substrate. 1 shows a plurality of current-voltage characteristics which are measurement results obtained for the same AAO substrate using different Au electrodes.

상기 결과로부터, 배리어층에 국소적인 절연 파괴가 생기기 시작하면, 급격하게 누설 전류의 양이 커지고, AAO 기판 전체의 절연 파괴로 이어질 수 있다고 생각된다.From the above results, it is believed that if local dielectric breakdown starts to occur in the barrier layer, the amount of leakage current suddenly increases and can lead to dielectric breakdown of the entire AAO substrate.

도 2는 전압이 인가되어 있는 상태의 다광성 층의 하나의 세공 확대도를 나타내는 그래프이다. 전기 회로로 생각하면, 배리어층의 저항 RB와 다공성층의 저항 RP가 직렬로 접속된 회로에 전압이 인가되어 있는 상태이다.2 is a graph showing an enlarged view of one pore of the multi-light layer in a state where a voltage is applied. Considering the electric circuit, a voltage is applied to a circuit in which the resistance RB of the barrier layer and the resistance RP of the porous layer are connected in series.

도 1에 있어서, 0?100V까지의 오믹(Ohmic) 영역의 경사로부터 저항 R1이 산출되면, R=5.1×108Ωcm2이다. 배리어 층의 두께는 약 50nm인 것을 고려하면, 상기AAO 기판의 배리어층의 체적 저항은 약 1014Ωcm 레벨로 계산된다. 또한, 상기 세공의 직경이 약 30nm인 사실에 기초하여 각각의 미세 세공의 배리어층 저항 RB는 1020Ω이라 산출된다. 상기 AAO 기판의 표면 저항값은 별도 측정에 의해 1010Ω/□이다. 상기 값에 기초하여, 상기 다공성 층 내의 각각의 미세 세공의 내벽의 표면 저항 RP는 30nmφ×10㎛으로부터 1012Ω이라 계산된다. 따라서, 마이크로 쇼트가 발생되지 않는 전압 영역에서, 배리어층의 저항값과 다공성층의 저항값의 합이 총저항이 된다. 그러나, 상기 다공성층의 저항값은 배리어층에 비해서 현저히 낮기 때문에, 배리어층의 저항값이 참 저항값이다. 한편, 배리어층이 절연 파괴가 발생하고, 마이크로 쇼트가 발생하면, 배리어층의 저항은 실질적으로 제로이고, 미세 세공의 내벽의 표면저항 RP에 따라서 전류가 흐른다.In FIG. 1, when the resistance R 1 is calculated from the inclination of the ohmic region from 0 to 100V, R = 5.1 × 10 8 Ωcm 2 . Considering that the thickness of the barrier layer is about 50 nm, the volume resistivity of the barrier layer of the AAO substrate is calculated to be about 10 14 Ωcm level. Further, based on the fact that the pore diameter is about 30 nm, the barrier layer resistance RB of each fine pore is calculated to be 10 20 Ω. The surface resistance of the AAO substrate is 10 10 Ω / □ by separate measurement. Based on this value, the surface resistance RP of the inner wall of each micropore in the porous layer is calculated to be 10 12 Ω from 30 nmφ × 10 μm. Therefore, in the voltage range where no micro short occurs, the sum of the resistance value of the barrier layer and the resistance value of the porous layer becomes the total resistance. However, since the resistance value of the porous layer is significantly lower than that of the barrier layer, the resistance value of the barrier layer is a true resistance value. On the other hand, when the barrier layer is insulated from breakdown and micro short occurs, the resistance of the barrier layer is substantially zero, and a current flows in accordance with the surface resistance RP of the inner wall of the fine pores.

상기로부터, AAO 기판의 누설 전류 특성 및 내전압 특성에 관계되는 절연성에 대한 배리어층의 영향이 크다. 따라서, 반도체 소자용 기판으로 배리어층을 갖는 절연성이 양호한 것이 바람직하다고 확인되었다.From the above, the influence of the barrier layer on the insulation related to the leakage current characteristic and the breakdown voltage characteristic of the AAO substrate is large. Therefore, it was confirmed that the insulating property which has a barrier layer as a board | substrate for semiconductor elements is favorable.

이어서, 본 발명자는 AAO 기판의 절연성에 대한 불가피 불순물의 영향을 조사했다.Next, the inventors examined the influence of unavoidable impurities on the insulation of the AAO substrate.

Al 기재에 있어서, Al의 순도 그레이드가 있다. 일반적으로 단련된 공업용 Al 기재로서 사용되는 JIS 1080 Al는 Al순도가 99.8% 초과이고, Si 및 Fe는 각각0.15중량% 허용되어 있다. JIS 1100 Al이 Al의 순도가 99.0% 초과이고, Si 및 Fe가 0.95 중량% 허용되고 있다. 이 불가피 불순물은 Al 매트릭스의 Al 결정내에 고체 용질로 존재하고, 고체 용질 한계를 초과하고 금속이나 금속간 화합물이 되는 원소인 석출 입자로서 존재한다.For Al substrates, there is a purity grade of Al. In general, JIS 1080 Al, which is used as a wrought industrial Al substrate, has an Al purity of more than 99.8%, and Si and Fe of 0.15% by weight, respectively. JIS 1100 Al has an Al purity of more than 99.0% and Si and Fe allow 0.95% by weight. This unavoidable impurity exists as a solid solute in the Al crystal of the Al matrix and exists as precipitated particles which are elements that exceed the solid solute limit and become metals or intermetallic compounds.

상기 지견에 기초하여, 본 발명자는 AAO 기판의 절연성에는 이들 석출 입자의 존재의 영향이 상기 석출 입자가 애노드화되는 것인가 아닌가, 즉, 애노드 산화에 의해 절연체가 될 수 있을 것인가 아닌가에 따라서 달라진다고 생각했다. 본 발명자는 비애노드 입자가 특히, 배리어층내 및 그 부근에 존재하지 않는 것이 AAO 기판의 누설 전류 특성 및 내전압 특성에 매우 중요하다는 것을 발견했다.Based on the above findings, the inventors thought that the influence of the presence of these precipitated particles on the insulation of the AAO substrate depends on whether the precipitated particles are anodized, that is, whether or not they can become insulators by anode oxidation. . The inventors have found that the absence of non-anode particles, particularly in and near the barrier layer, is very important for the leakage current characteristics and withstand voltage characteristics of the AAO substrate.

즉, 제 1 실시형태의 Al 기재(1)는 Al 매트릭스 중에 고용될 수 없는 석출 입자(15)가 포함되고, 상기 공업용 Al 기재의 포함되는 불순물 중에서 상기 석출 입자(l5)는 상기 Al 기재의 애노드 산화 동안에 애노드됨으로써 산화물이 되는 금속간 화합물이다(이하, 애노드화 석출 입자(15)라고 한다.).That is, the Al substrate 1 of the first embodiment includes precipitated particles 15 that cannot be dissolved in an Al matrix, and among the impurities contained in the industrial Al substrate, the precipitated particles l 5 are anodes of the Al substrate. It is an intermetallic compound that becomes an oxide by being anode during oxidation (hereinafter, referred to as anodized precipitate particles 15).

도 3a에 나타내는 Al 기재(1)가 그 표면(1s)로부터 애노드화되면, 애노드화 다공성층(14p), 배리어층(14b) 및 미세 세공(12)으로 이루어지는 애노드화 막(11); 및 비애노드화 부분(10)이 얻어진다. 상기 애노드 산화 전에 Al 매트릭스 중에 존재하고 있었던 애노드화 석출 입자(15)는 Al 매트릭스과 함께 애노드화되는 산화물 입자(15a)가 된다(도 3b 참조). 도 3b에 나타내는 바와 같이, 상기 애노드화 입자(15)만이 존재하는 경우, 얻어지는 절연층을 갖는 기판(AAO 기판(2)에 애노드화 막(11) 중의 다공성층(14p) 또는 배리어층(14b)내에 어떠한 도전성 물질은 존재하지 않는다. 또한, 상기 산화막(11)의 다공성 층(14p)과 배리어층(14b) 간에 계면에 애노드화 입자(15)가 존재하는 경우를 가정하면, 상기 Al 매트릭스와 동일한 전기화학 메카니즘에 의해 애노드 산화가 발생한다. 따라서, 배리어층(15b)이 상기 애노드화 입자(15)의 애노드화 부분(15')과 비애노드화 부분(15') 사이의 계면에 존재한다고 생각할 수 있다. 따라서, 상기 애노드화 입자(15)가 존재하는 부분에 상관없이, AAO 기판의 절연성으로의 영향은 매우 작다. 여기서, 후술의 실시예 2의 도 8과 같이, 상기 애노드화 입자(15a)와 배리어층(14b)을 향한 그 측면은 다공성 구조가 불균일한 애노드화 입자(15)가 존재하지 않는 부분과 다르다. 그러나, 설명을 간단하게 하기 위해서, 상기 불균일 다공성 구조는 도 3에 나타내지 않는다.When the Al base material 1 shown in FIG. 3A is anodized from the surface 1s, the anode film 11 which consists of an anodeing porous layer 14p, the barrier layer 14b, and the micropore 12; And non-anodeized portion 10 is obtained. The anodized precipitated particles 15 that existed in the Al matrix before the anode oxidation become oxide particles 15a which are anodized together with the Al matrix (see FIG. 3B). As shown in FIG. 3B, when only the said anodized particle 15 exists, the board | substrate which has an insulation layer obtained (porous layer 14p or barrier layer 14b in the anode film 11 in AAO board | substrate 2). No conductive material is present in the anode, and assuming that anodized particles 15 exist at the interface between the porous layer 14p and the barrier layer 14b of the oxide film 11, the same as the Al matrix. Anodization occurs due to an electrochemical mechanism, and therefore it is considered that the barrier layer 15b is present at the interface between the anodized portion 15 'and the non-anodized portion 15' of the anodized particles 15. Therefore, irrespective of the portion where the anodized particles 15 are present, the influence on the insulation of the AAO substrate is very small, as shown in Fig. 8 of the second embodiment, which will be described later. ) And its side toward the barrier layer 14b is porous. Is different from the part that does not exist anode particles 15, a structure is non-uniform, but, in order to simplify the explanation, the non-uniform porous structure are not shown in FIG.

한편, 도 4a에 나타내어지는 Al 기재(1')가 표면(1's)으로부터 애노드화되면, 애노드화 다공성층(14'p), 배리어층(14'b) 및 미세 세공(12')으로 이루어지는 애노드화막(11')이 얻어진다. 상기 애노드화 산화 전에 Al 매트릭스 내에 존재하는 비애노드화 석출 입자(16)는 애노드화되지 않고 금속입자(16)(16a,l6b,16c)로서 존재한다(도 4b 참조). 도 4b에 나타낸 바와 같이, 비애노드 석출 입자(16)가 애노드화 되지 않고, 금속 입자(16)로서 존재하고, 다공성층(14'p) 또는 배리어층(l4'b) 중 어디에 존재하는지에 상관없이 상기 금속 입자(14)는 얻어지는 절연층을 갖는 기판(AAO 기판)(2')의 절연성에 영향을 미친다. 특히, 금속 입자(16a)의 경우, 도전성 입자가 애노드화 막(11')의 두께 전체에 걸쳐 존재한다. 따라서, 절연성은 얻을 수 없고, 이 부분은 도전 상태이다. 상기 금속 입자(16b)의 경우, 배리어층에 많은 결함이 있고, 상기 배리어층은 열악한 절연성을 나타낸다. 금속 입자(16c)의 경우, 악영향이 경미한 것으로 추정된다. 그러나, 상기 Al 기재(1')와의 계면의 배리어층(14')과 금속 입자(16c) 사이에 마이크로 쇼트가 발생하면, 상기 금속 입자(16c)가 존재하지 않는 부분에 비하여 이들 위치에 누설 전류가 커지게 된다. 후술되는 도 8을 참조하면, 상기 배리어층(14b')을 향한 비애노드 입자(16c)의 측면에 다공성 구조가 불균일한 비애노드화 입자(16c)가 존재하지 않는 부분과 다르다. 그러나, 설명을 간단히 하기 위해서, 상기 불균일 다공성 구조는 도 4b에 나타내지 않는다.On the other hand, when the Al substrate 1 'shown in Fig. 4A is anodized from the surface 1's, an anode film composed of the anodized porous layer 14'p, the barrier layer 14'b and the fine pores 12'. (11 ') is obtained. The non-anodized precipitated particles 16 present in the Al matrix prior to the anodic oxidation are not anodized and exist as metal particles 16 (16a, 16b, 16c) (see FIG. 4b). As shown in FIG. 4B, the non-anode precipitated particles 16 are not anodized and exist as the metal particles 16, regardless of whether they exist in the porous layer 14'p or the barrier layer l4'b. The metal particles 14 without affecting the insulation of the substrate (AAO substrate) 2 'having the resulting insulating layer. In particular, in the case of the metal particle 16a, electroconductive particle exists over the thickness of the anode film 11 '. Therefore, insulation cannot be obtained and this portion is in a conductive state. In the case of the metal particles 16b, there are many defects in the barrier layer, and the barrier layer exhibits poor insulation. In the case of the metal particle 16c, the adverse influence is estimated to be slight. However, when a micro short occurs between the barrier layer 14 'at the interface with the Al substrate 1' and the metal particles 16c, the leakage current is at these positions compared to the portion where the metal particles 16c do not exist. Becomes large. Referring to FIG. 8 to be described later, a portion of the non-anode particles 16c having a non-uniform porous structure on the side of the non-anode particles 16c facing the barrier layer 14b 'is different. However, for the sake of simplicity, the heterogeneous porous structure is not shown in FIG. 4B.

상기한 바와 같이, 위치에 따라서 AAO 기판(2')의 절연성 상의 비애노드 산화 석출 입자(16)에 의해 발휘되는 영향에는 차이가 있다. 그러나, 공업용 Al 기재 전체 내의 불가피 불순물이 랜덤하게 존재하고 있다. 따라서, 배리어층내에 존재하지 않는 비애노드화 석출 입자(16) 지점까지 애노드 산화를 행하는 제조방법은 현실적이지 않다. 따라서, Al 기재(1)는 애노드화 석출 입자(1)만이 포함되고, 비애노드 석출 입자(16)는 실질상 포함되지 않는 것으로 할 필요가 있다.As described above, there is a difference in the influence exerted by the non-anode oxide precipitated particles 16 on the insulating phase of the AAO substrate 2 'depending on the position. However, inevitable impurities in the entire industrial Al substrate exist randomly. Therefore, the manufacturing method of performing anode oxidation to the point of non-anodized precipitation particle 16 which does not exist in a barrier layer is not realistic. Therefore, it is necessary that the Al substrate 1 contains only the anodized precipitated particles 1, and the non-anode precipitated particles 16 are practically not included.

Al 기재의 애노드 산화 동안에 애노드화되는 물질은 사용되는 전해액에 따라서도 다르다. 대표적인 전해액의 물질의 예로는 "Research Report on the Influence of Intermetallic Compounds on Surface Processability of Aluminum Alloy(Part 1)", Surface Processing Technical Research Group, Research Committee, The Japan Institute of Light Metals, Ed., July 20, 1990에 기재되어 있다. 예를 들면, 일반적인 전해액을 사용하는 Al 기재 애노드 산화 동안에 금속간 화합물이 애노드화되는 사실로 인하여 애노드화 석출 입자(15)로서 Al 또는 Mg가 포함되는 금속간 화합물이 바람직하다. 또한, 금속 Si는 수용액계 전해액을 사용하는 애노드 산화에 의해 애노드되지 않는 것이 알려져 있다.The material that is anodized during anode oxidation of Al substrates also depends on the electrolyte used. Examples of representative electrolyte materials include "Research Report on the Influence of Intermetallic Compounds on Surface Processability of Aluminum Alloy (Part 1)", Surface Processing Technical Research Group, Research Committee, The Japan Institute of Light Metals, Ed., July 20, Described in 1990. For example, an intermetallic compound containing Al or Mg as the anodized precipitated particles 15 is preferable due to the fact that the intermetallic compound is anodized during Al-based anode oxidation using a common electrolyte solution. It is also known that metal Si is not anodeed by anode oxidation using an aqueous electrolyte solution.

JIS(일본공업규격)에 의해 규정되는 바와 같이, 1000번계의 순수 공업 Al을 사용하거나 또는 5000번계의 Al-Mg 합금을 사용하고 불가피 불순물인 Si, Fe 등을 알루미늄화(Al과의 금속간 화합물 형성)하거나 또는 Mg 및 불가피 불순물과 금속간 화합물을 형성함으로써 얻을 수 있다. 예를 들면, 공업용 Al이 상기 조성물을 갖는 경우, 압연 후의 열처리가 Si-Ai의 공결정화 온도인 577℃ 이하의 온도에서 행해져 금속 Si의 석출을 억제하고, 애노드화될 수 있는 α-AlFeSi를 석출시킬 수 있다.As specified by JIS (Japanese Industrial Standard), it is necessary to use pure 1000 industrial Al or 1000 Al-Mg alloy to aluminize Si, Fe and other unavoidable impurities (intermetallic compound with Al). Or an intermetallic compound with Mg and unavoidable impurities. For example, when the industrial Al has the composition, the heat treatment after rolling is performed at a temperature of 577 ° C. or lower, which is the co-crystallization temperature of Si-Ai, to suppress the precipitation of metal Si, and to precipitate α-AlFeSi which can be anodized. You can.

JIS 1000번계 및 5000번계의 금속은 공업 Al의 예로서 열거된다. 그러나, 그 석출물이 Al 매트릭스와 동시에 애노드화될 수 있는 것이면, 어떠한 Al 기재가 사용되어도 좋다. 중요한 것은 Al 기재의 조성 또는 합금 농도가 아니라, 석출 입자의 전기 화학 특성이다. 또한, 순수한 고순도 Al에, Fe, Si, Mn, Cu, Mg, Cr, Zn, Bi, Ni 및 Li 등의 각종 금속 원소가 함유되어 있어도 좋다. 그러나, 고체 용질 한계를 넘는 양으로 상기 금속 성분이 포함되는 경우, 알루미나이드(Al과의 금속간 화합물)로서 이들이 석출되는 것이 중요하다.Metals of JIS 1000 series and 5000 series are listed as examples of industrial Al. However, any Al substrate may be used as long as the precipitate can be anodized simultaneously with the Al matrix. What is important is not the composition or alloy concentration of the Al substrate, but the electrochemical properties of the precipitated particles. In addition, various metallic elements such as Fe, Si, Mn, Cu, Mg, Cr, Zn, Bi, Ni, and Li may be contained in pure high purity Al. However, if the metal components are included in amounts exceeding the solid solute limit, it is important that they precipitate as aluminides (intermetallic compounds with Al).

금속 Si가 애노드화될 수 없기 때문에 특히, Si가 알루미늄화되지 않는 경우, 상기 Al 재료로부터 금속 Si가 제거될 필요가 있다. 금속 Si의 석출이 577℃(Si-Al의 공결정화 온도) 이하의 온도에서 압연 후의 가열 온도를 행함으로써 금속 Si의 석출물이 억제되고, Si가 애노드화 가능한 α-AlFeSi로서 석출되는 상기 이외의 Al로부터 금속 Si를 제거하는 공지의 방법이 이하에 열거된다.Since metal Si cannot be anodized, in particular, when Si is not aluminized, it is necessary to remove metal Si from the Al material. Al other than the above which precipitate of metal Si is suppressed and precipitation as alpha-AlFeSi which Si can anodize by performing heating temperature after rolling at the temperature below 577 degreeC (co-crystallization temperature of Si-Al) of precipitation of metal Si is carried out. Known methods for removing the metal Si from are listed below.

일본특허공개 제62(1987)-010315호에는 전기분해에 의해 불순물이 포함된 알루미늄을 리파이닝하는 방법이 기재되어 있다. 상기 방법은 금속 Si 및 다른 불순물을 제거하는데 적용할 수도 있다. 그러나, 알루미늄의 표면으로부터만의 불순물이 제거되고, 표면으로부터 수㎛ 이상 위치에 존재하는 알루미늄 내의 금속 Si는 제거할 수 없다. 따라서, 상기 방법은 약 10㎛의 두께를 갖는 애노드화 막이 형성되는 경우에는 적합하지 않다.Japanese Patent Laid-Open No. 62 (1987) -010315 describes a method for refining aluminum containing impurities by electrolysis. The method can also be applied to remove metal Si and other impurities. However, impurities only from the surface of aluminum are removed, and metal Si in aluminum existing at positions of several micrometers or more from the surface cannot be removed. Thus, this method is not suitable when an anode film having a thickness of about 10 mu m is formed.

일본특허공보 제1(1989)-279712호에는 용융된 Al 또는 Al 합금이 고화될 때, 우선 Al 고순도 부분이 고화되는 현상을 사용하는 방법이 기재되어 있다. 상기 방법에 있어서, 고화의 최종 단계 동안에 상기 비고화 용융 금속으로부터 용융 금속 Si가 농축되고 제거된다. 특히, Al 합금이 Mg를 포함하는 경우, 상기 금속 Si는 Mg-Si 금속간 화합물이 되고, 따라서, 금속 Si는 Fe 및 Cu와 함께 감소될 수 있다. 그러나, 상기 방법은 대형 처리에는 적합하지 않고, 다량의 Al 손실이 야기된다는 단점이 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 1 (1989) -279712 describes a method of using a phenomenon in which Al high-purity portion first solidifies when molten Al or Al alloy is solidified. In this method, molten metal Si is concentrated and removed from the non-solidified molten metal during the final stage of solidification. In particular, when the Al alloy comprises Mg, the metal Si becomes an Mg-Si intermetallic compound, and thus the metal Si can be reduced together with Fe and Cu. However, this method is disadvantageous in that it is not suitable for large scale processing and causes a large amount of Al loss.

공업용 대형 제조의 경우, 금속 Si를 제거하는 가장 바람직한 방법은 압연 후의 열처리가 Si-Al의 공결정화 온도인 577℃이하의 온도에서 행해지는 상기 방법이다. 구체적으로 알루미늄의 용액 가열 처리가 행해지고 여과되어 잉곳이 얻어진다. 이어서, 등온 가열이 약 550℃에서 행해지고, 온도가 약 400℃로 하강될 때, 압연이 행해지고, 가열처리가 행해지고, 냉각 압연이 행해진다. 여기서, 상기 가열 처리의 온도가 낮으면, α-AlFeSi의 형성이 불가능하고, 온도가 577℃ 이상이면 금속 Si가 야기되는 분리가 일어난다. 따라서, 가열 처리 온도는 500℃?570℃의 범위가 바람직하고, 520℃?560℃의 범위가 더욱 바람직하다. 상기 방법으로 Al 재료로부터 금속 Si가 제거되고, 애노드화될 수 있는 석출 입자만이 포함되는 Al 기재에 애노드 산화가 행해짐으로서, 절연 퐈괴 개시점이 제거될 수 있어 절연 특성이 개선될 수 있다.In the case of industrial large production, the most preferable method of removing metal Si is the said method in which the heat processing after rolling is performed at the temperature below 577 degreeC which is the co-crystallization temperature of Si-Al. Specifically, solution heat treatment of aluminum is performed and filtered to obtain an ingot. Then, isothermal heating is performed at about 550 degreeC, and when temperature falls to about 400 degreeC, rolling is performed, heat processing is performed, and cold rolling is performed. Here, when the temperature of the heat treatment is low, the formation of α-AlFeSi is impossible, and when the temperature is 577 ° C. or more, separation that causes metal Si occurs. Therefore, the range of 500 degreeC-570 degreeC is preferable, and, as for heat processing temperature, the range of 520 degreeC-560 degreeC is more preferable. In this way, the metal Si is removed from the Al material, and the anode oxidation is performed on the Al substrate including only the precipitated particles that can be anodized, whereby the dielectric breakdown start point can be eliminated, and the insulating properties can be improved.

상기 Al 기재의 표면의 X선 회절 측정 동안에 노이즈 레벨 이상으로 Si 피크가 관찰되지 않는 것을 확인하고, SEM(주사형 전자 현미경)과 EPMA(전자 프로브 마이크로 어날라이저)가 복합된 표면 분석 장치로 Al 기재의 표면 또는 단면을 관찰함으로써 포함되지 않는 금속 Si 석출 입자가 판정된다. 석출 입자가 SEM 화상에서 관찰되는 경우, Si만 또는 Si 및 Al에 대해서만 특성 X선이 석출 입자의 부분으로부터 검출되고, 이것은 석출 입자는 금속 Si인 것을 판단할 수 있다. Si 및 Al만이 검출될 때 상기 석출 입자가 금속 Si라고 판단할 수 있는 이유는 Si 및 Al에 의해서만 구성된 화합물은 없기 때문이다. 이 때, 검출되는 Al의 특성 X선은 석출 입자의 크기가 EPMA에 의해 검출될 수 있는 공간 분해능 이하이기 때문에, Al 기재의 특성 X선이다. It was confirmed that no Si peak was observed above the noise level during X-ray diffraction measurement of the surface of the Al substrate, and the Al substrate was a surface analysis apparatus in which SEM (scanning electron microscope) and EPMA (electron probe microanalyzer) were combined. Metal Si precipitated particle | grains which are not contained are determined by observing the surface or the cross section of this. When the precipitated particles are observed in the SEM image, characteristic X-rays are detected from the portion of the precipitated particles only for Si or only for Si and Al, which can determine that the precipitated particles are metal Si. When only Si and Al are detected, the reason for determining that the precipitated particles are metal Si is because there is no compound composed only of Si and Al. At this time, the characteristic X-rays of Al to be detected are characteristic X-rays of the Al substrate because the size of the precipitated particles is less than the spatial resolution that can be detected by the EPMA.

SiO2나 SiC 등의 Si를 포함하는 연마제를 애노드 산화 프로세스에 사용하여 관찰되는 시료의 표면을 조정하는 경우, 소프트한 Al의 결정 구조 내에 연마제가 박힐 수 있다. 이 연마제를 석출 입자로서 잘못 보는 가능성이 있다. 예를 들면, 산소 또는 탄소를 검출할 수 없는 EPMA의 X선 검출 방법이 EDS(에너지 분산형)인 경우, 이 연마제를 금속 Si로 판정할 가능성이 있다. 따라서, 상기 방법으로 연마된 Al 기재가 EDS로 분석되는 경우, Al 기재를 NaOH 용액에 침지해서 Al 표면을 용해하고, 세정한 후 관찰하는 것이 좋다. Al표면을 용해시킴으로써, 매립된 연마제가 분리되어 제거된다. 상술한 문헌(Japan Institute of Light Metal 편집)에 기재되어 있는 바와 같이, 금속 Si는 NaOH 용액에는 용해하지 않는 것이 알려져 있다. 또한, 상기한 바와 같이 Al의 표면이 용해되는 경우, Al 기재 표면으로부터 금속 Si 입자가 돌출되어 보인다. 따라서, SEM 관찰 동안에 금속 Si 입자가 더욱 명백하게 구별될 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.When adjusting the surface of the sample observed by using an abrasive containing Si such as SiO 2 or SiC in the anode oxidation process, the abrasive may be embedded in the soft Al crystal structure. There is a possibility that this abrasive is incorrectly viewed as precipitated particles. For example, when the X-ray detection method of EPMA which cannot detect oxygen or carbon is EDS (energy dispersing type), this abrasive may be judged as metal Si. Therefore, when the Al substrate polished by the above method is analyzed by EDS, the Al substrate is immersed in a NaOH solution to dissolve the Al surface, and then washed and observed. By dissolving the Al surface, the embedded abrasive is separated and removed. As described in the above-mentioned document (edited by Japan Institute of Light Metal), it is known that metal Si does not dissolve in NaOH solution. In addition, when Al surface melt | dissolves as mentioned above, metal Si particle protrudes from the surface of an Al base material. Thus, an advantageous effect is obtained in which the metal Si particles can be distinguished more clearly during SEM observation.

또, Al 기재의 표면 분석 및 X선 회절 측정 이외의 방법이 사용되어 금속 Si 입자가 포함되어 있는지의 여부 판정은 Al 기재의 표면분석을 행해도 좋다. 이러한 방법의 예로는 Al 기재를 NaOH용액에 용해되고, 미용해 침전물(smut)을 회수해서 화학분석이나 X선 회절 분석을 하는 방법이다. 그러나, 상술한 바와 같이, "금속 Si 입자가 포함되지 않는다"의 정의는 Al 기재의 EPMA에 의한 관찰 및 X선 회절 측정에 의해 관찰할 수 없는 정도를 말한다. 또한, 상기 "실질상 본 발명의 과제를 해결할 수 있는 범위"에 상응하는 금속 Si 입자의 허용가능한 범위는 "포함되지 않는다"의 정의의 관점에서, Al 기재의 EPMA에 의해 관찰 및 X선 회절 측정에 의해 금속 Si가 관찰될 수 없는 범위와 동일하다.In addition, a method other than the surface analysis of the Al substrate and X-ray diffraction measurement may be used to determine whether the metal Si particles are included or not. An example of such a method is a method in which an Al substrate is dissolved in a NaOH solution, an undissolved precipitate is recovered, and subjected to chemical analysis or X-ray diffraction analysis. However, as mentioned above, the definition of "metal Si particles are not included" refers to the extent that cannot be observed by the observation by EPMA based on Al and the X-ray diffraction measurement. In addition, the allowable range of the metal Si particles corresponding to the "range that can substantially solve the problem of the present invention" is observed by X-ray diffraction and X-ray diffraction measurement in terms of the definition of "not included" Is the same as the range in which metal Si cannot be observed.

상기한 바와 같이, 제 1 실시형태의 Al 기재는 석출 입자로서 애노드 산화에 의해 애노드화 될 수 있는 물질인 석출 입자(15)만을 포함하는 것을 특징으로 한다.As described above, the Al substrate of the first embodiment is characterized in that the precipitated particles contain only the precipitated particles 15 which are materials that can be anodized by anode oxidation.

상기 Al 기재를 사용하여 제조되는 AAO 기판(2)(절연층을 갖는 금속 기판)은 Al 기재가 애노드화되지 않은 물질의 석출 입자를 포함하지 않기 때문에 어떠한 추가 처리없이 절연층에 있어서, 낮은 누설 전류 및 높은 내전압성을 실현시킬 수 있다. 따라서, 제 1 실시형태는 단순한 프로세스로 제조될 수 있고, 반도체 처리 동안에 내열성을 갖고, 내전압성이 우수하며 누설 전류가 작은 절연층을 갖는 금속 기판을 얻을 수 있다. The AAO substrate 2 (metal substrate having an insulating layer) manufactured using the Al substrate has a low leakage current in the insulating layer without any further processing since the Al substrate does not contain precipitated particles of an anodized material. And high withstand voltage can be realized. Therefore, the first embodiment can be manufactured by a simple process, and a metal substrate having an insulating layer having heat resistance during semiconductor processing, excellent voltage resistance and small leakage current can be obtained.

Al 기재(10)의 두께는 절연층(2)을 갖는 금속 기판으로서 사용하는 50?5000㎛ 범위내에서 적당하게 선택될 수 있다. 절연층을 갖는 금속 기판(2)을 제조할 때에, Al 기재(1)의 두께는 애노드 산화, 및 애노드 산화 전의 세정 및 연마로 인하여 감소된다. 따라서, Al 기재의 두께를 선택하는 경우, 그 감소되는 두께를 고려할 필요가 있다.The thickness of the Al substrate 10 may be appropriately selected within the range of 50 to 5000 µm used as the metal substrate having the insulating layer 2. In manufacturing the metal substrate 2 having the insulating layer, the thickness of the Al substrate 1 is reduced due to anode oxidation and cleaning and polishing before the anode oxidation. Therefore, when selecting the thickness of the Al substrate, it is necessary to consider the reduced thickness.

애노드 산화는 전해액에 캐소드 및 애노드로서 기능하는 Al 기재(1)를 침지하고 상기 애노드 및 캐소드간의 전압을 인가하여 애노드 산화로 실시할 수 있다. 또한, 애노드 산화 전에 필요에 따라서, Al 기재(1)의 표면은 세정 처리 및 연마/평활화 처리가 행해진다. 캐소드로서 탄소 또는 Al 등이 사용된다. 전해질은 특별히 한정되지 않고, 바람직한 예로는 황산, 인산, 크롬산, 옥살산, 술팜산, 벤젠 술폰산; 아미도술폰산 등에서 선택되는 1종 이상의 산을 포함하는 산성 전해액이다. 애노드 산화의 조건은 사용하는 전해질에 따르고, 특별히 한정되지 않는다. 그 조건은 전해질 농도 1?80질량%의 범위, 액체 온도 5?70℃의 범위, 전류 밀도 0.005?0.60A/cm2의 범위, 전압 1?200V의 범위, 전해 시간 3?500분의 범위가 되도록 설정하면 좋다. 전해질로서는 황산, 인산, 옥살산 또는 이들의 혼합액이 바람직하다. 이들 산이 전해질로서 사용되는 경우, 전해질 농도 4?30질량%의 범위, 액온도 10?30℃의 범위, 전류 밀도 0.002?0.30A/cm2의 범위 및 전압 20?100V의 범위가 바람직하다.Anode oxidation can be carried out by anode oxidation by immersing an Al substrate 1 functioning as a cathode and an anode in an electrolyte solution and applying a voltage between the anode and the cathode. In addition, as needed before the anode oxidation, the surface of the Al substrate 1 is subjected to cleaning treatment and polishing / smoothing treatment. Carbon or Al is used as the cathode. The electrolyte is not particularly limited, and preferred examples thereof include sulfuric acid, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, sulfamic acid, benzene sulfonic acid; An acidic electrolyte solution containing at least one acid selected from amidosulfonic acid and the like. The conditions for anode oxidation are not particularly limited depending on the electrolyte used. The conditions were in the range of 1 to 80 mass% of electrolyte concentration, in the range of liquid temperature of 5 to 70 ° C, in the range of current density of 0.005 to 0.60 A / cm 2, in the range of voltage of 1 to 200 V, and in the range of electrolytic time of 3 to 500 minutes. It is good to set it. As the electrolyte, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid or a mixture thereof is preferable. When these acids are used as an electrolyte, the range of the electrolyte concentration of 4-30 mass%, the range of the liquid temperature of 10-30 degreeC, the range of the current density of 0.002-0.30 A / cm <2> , and the range of voltage 20-100V are preferable.

Al 기재(1)가 애노드화하면, 표면 1s로부터 대략 수직 방향으로 산화 반응이 진행하여 애노드화 막(11)과 비애노드 산화 부분(10)이 형성된다. 상기 산성 전해 액이 사용되는 경우, 평면에서 보아 정육각 형상인 다수의 미세 주상체(14)가 상기 애노드 막(11)에서 간극없이 배열되고, 각 미세 주상체(14)의 중앙에 미세 세공(12)이 형성되고, 상기 미세 세공(12)의 바닥면은 둥근 형상이 된다. 상기 미세 주상체(14)의 바닥에는 배리어층(14b)(통상, 두께 0.02?0.1㎛의 범위내)이 형성된다. 산성 전해액 대신에, 붕산 등의 중성 전해액을 사용하여 전해 처리를 행함으로써 다공성 미세 주상체(14)가 배열된 애노드화 막 대신에 밀집한 애노드화 막이 얻어질 수 있다. 또한, 배리어층(14b)의 두께를 증가시키기 위해서, 산계 전해액으로 다공성 애노드화 막(11)을 형성 후에, 중성 전해액으로 전해 처리가 행해지는 포어 필링법이 사용가능하다(H. Takahashi 및 S. Nagayama, "Pore-Filling of Porous Anodic Oxide Films on Aluminium", Journal of the Metal Finishing Society of Japan, Vol. 27, pp. 338-343, 1976 참조).When the Al substrate 1 is anodized, an oxidation reaction proceeds from the surface 1s in a substantially vertical direction to form the anode film 11 and the non-anode oxide portion 10. When the acidic electrolyte solution is used, a plurality of fine columnar bodies 14 having a regular hexagonal shape in plan view are arranged without gaps in the anode film 11, and the fine pores in the center of each fine columnar body 14 are formed. 12) is formed, and the bottom surface of the fine pores 12 is rounded. At the bottom of the fine columnar body 14, a barrier layer 14b (usually in the range of 0.02 to 0.1 mu m in thickness) is formed. Instead of the acidic electrolyte solution, a dense anodized film can be obtained in place of the anodized film in which the porous fine columnar bodies 14 are arranged by performing an electrolytic treatment using a neutral electrolyte solution such as boric acid. In addition, in order to increase the thickness of the barrier layer 14b, a pore peeling method in which electrolytic treatment is performed with a neutral electrolyte after forming the porous anodized membrane 11 with an acid-based electrolyte can be used (H. Takahashi and S. Nagayama, "Pore-Filling of Porous Anodic Oxide Films on Aluminum", Journal of the Metal Finishing Society of Japan, Vol. 27, pp. 338-343, 1976).

애노드화 막(11)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 절연성과 취급 동안에 기계 충격에 의한 손상을 방지할 수 있는 표면 경도를 확보하는 두께로 이루어질 필요가 있다. 그러나, 상기 두께가 너무 두꺼우면 가용성에 대한 문제가 발생되는 경우가 있다. 이런 이유로, 바람직한 두께는 0.5?50㎛의 범위이다. 상기 애노드화 막(11)의 두께는 정전류 전해, 정전압 전해 및 전해 시간에 의해 제어가능할 수 있다. Al 기재(1)의 두께는 애노드 산화 및 애노드 산화전의 세정 및 연마로 인해 감소된다. 따라서, 상기 Al 기재의 두께를 선택하는 경우, 감소되는 두께량을 고려할 필요가 있다.The thickness of the anode film 11 is not particularly limited and needs to be made of a thickness that ensures surface hardness that can prevent damage due to mechanical impact during insulation and handling. However, if the thickness is too thick, there is a problem of solubility in some cases. For this reason, preferable thickness is the range of 0.5-50 micrometers. The thickness of the anode film 11 may be controllable by constant current electrolysis, constant voltage electrolysis and electrolysis time. The thickness of the Al substrate 1 is reduced due to the cleaning and polishing of the anode oxidation and the anode oxidation. Therefore, when selecting the thickness of the Al substrate, it is necessary to consider the reduced amount of thickness.

AAO 기판(2)(절연층을 갖는 금속 기판)은 금속층(비애노드 부분)(10)과 절연체층(애노드화 막)(11)간의 밀착성이 양호하다. 따라서, 도 3b에 나타내는 바와 같이, Al 기재(1)의 한 면에 절연층으로서 애노드화 막(11)이 형성될 필요가 있다. 그러나, 비애노드화 부분(10) 및 애노드화 막(11)의 열팽창의 계수에 차이가 있으므로 반도체 소자의 제조 단계 동안에 문제가 발생되는 경우, 상기 애노드화 막(11)이 Al 기재의 양 표면 상에 절연층으로서 형성된다. 상기 Al 기재(1)의 양면을 애노드화하는 방법으로서, 한 면에 절연 재료를 도포해서 한 면씩 양면을 애노드 산화하는 방법 및 양면을 동시에 애노드화하는 방법이 있다.The AAO substrate 2 (metal substrate having an insulating layer) has good adhesion between the metal layer (non-anode portion) 10 and the insulator layer (anode film) 11. Therefore, as shown in FIG. 3B, the anode film 11 needs to be formed as an insulating layer on one surface of the Al substrate 1. However, there is a difference in the coefficient of thermal expansion of the non-anodeized portion 10 and the anodized film 11, so that if a problem occurs during the manufacturing step of the semiconductor device, the anodized film 11 is formed on both surfaces of the Al substrate. Is formed as an insulating layer. As a method of anodizing both surfaces of the Al substrate 1, there are a method of applying an insulating material to one surface and anodizing both surfaces by one surface and anodizing both surfaces simultaneously.

[반도체 소자][Semiconductor Device]

도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 반도체 소자의 구조가 기재된다. 여기서, 제 2 실시형태의 반도체 소자는 반도체가 광전 변환 반도체인 광전 변화 소자이다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광전 변환 소자(3)를 나타내는 개략 단면도이다.Referring to the drawings, a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention is described. Here, the semiconductor element of 2nd Embodiment is a photoelectric change element whose semiconductor is a photoelectric conversion semiconductor. 5 is a schematic cross-sectional view showing the photoelectric conversion element 3 according to the second embodiment of the present invention.

상기 광전 변환 소자(3)는 제 1 실시형태의 AAO 기판(절연층을 갖는 금속 기판)(2) 상에 하부 전극(이면 전극)(20), 광전 변환 반도체(30), 버퍼층(40) 및 상부 전극(투명 전극)(50)이 적층됨으로써 형성된 소자이다. 광전 변환 소자(C)의 하부 전극, 광전 변환층 및 상부 전극은 절연층으로 기능하는 애노드화 막상에 형성된다. 이후, 광전 변환 반도체는 "광전 변환층"이라고 한다.The photoelectric conversion element 3 includes a lower electrode (backside electrode) 20, a photoelectric conversion semiconductor 30, a buffer layer 40, and the like on the AAO substrate (metal substrate having an insulating layer) 2 of the first embodiment. It is an element formed by laminating | stacking the upper electrode (transparent electrode) 50. As shown in FIG. The lower electrode, photoelectric conversion layer and upper electrode of the photoelectric conversion element C are formed on an anodized film functioning as an insulating layer. The photoelectric conversion semiconductor is hereinafter referred to as the "photoelectric conversion layer".

광전 변환 소자(3)에 하부 전극(20)만을 관통하는 제 1 그루브(61), 광전 변환층(30)과 버퍼층(40)을 관통하는 제 2 그루브(62) 및 광전 변화층(30), 버퍼층(40) 및 상부 전극(50)을 관통하는 제 3 그루브(63)가 형성된다, A first groove 61 penetrating only the lower electrode 20 to the photoelectric conversion element 3, a second groove 62 and a photoelectric change layer 30 penetrating the photoelectric conversion layer 30 and the buffer layer 40, A third groove 63 penetrating the buffer layer 40 and the upper electrode 50 is formed.

상기 구성에 있어서, 제 1?제 3 그루브(61?63)가 소자를 다수의 소자(C)로 분리한 구성이 얻어진다. 또한, 상부 전극(50)이 제 2 그루브(62)를 채워 소정 소자(C)의 상부 전극(50)이 인접하는 소자(C)의 하부 전극(20)에 직렬 접속한 구조가 얻어진다.In the above structure, a structure in which the first to third grooves 61 to 63 separate the elements into a plurality of elements C is obtained. Further, a structure is obtained in which the upper electrode 50 fills the second groove 62 and the upper electrode 50 of the predetermined element C is connected in series to the lower electrode 20 of the adjacent element C.

[광전 변환층][Photoelectric conversion layer]

상기 광전 변환층(30)은 광흡수에 의해 전류를 발생하는 층이다. 상기 광전 변환층의 주성분은 특별히 제한되지 않지만, 적어도 1종의 칼코파이라이트 구조를 갖는 화합물 반도체인 것이 바람직하다. 또한, 상기 반도체의 주성분이 Ib족 원소, IIIb족 원소 및 VIb족 원소를 포함하는 적어도 1종의 화합물 반도체인 것이 바람직하다.The photoelectric conversion layer 30 is a layer that generates a current by light absorption. Although the main component of the said photoelectric conversion layer is not specifically limited, It is preferable that it is a compound semiconductor which has at least 1 type of chalcopite structure. Moreover, it is preferable that the main component of the said semiconductor is at least 1 sort (s) of compound semiconductor containing group Ib element, group IIIb element, and group VIb element.

또한, 이들 소자는 광흡수율이 높고, 높은 광전 변환 효율을 나타내기 때문에 적어도 1종의 화합물 반도체인 상기 반도체의 주성분은 Cu 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 Ib족 원소, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 IIIb족 원소, S, Se 및 Te로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 VIb족 원소롤 포함하는 것이 바람직하다.In addition, since these devices have high light absorption and exhibit high photoelectric conversion efficiency, the main component of the semiconductor, which is at least one compound semiconductor, is at least one group Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag, Al, Ga And at least one group IIIb element selected from the group consisting of S, Se, and Te, at least one group IIIb element selected from the group consisting of In.

상기 화합물 반도체의 예로는 CuAlS2, CuGaS2, CuInS2, CuAlSe2, CuGaSe2, CuInSe2(CIS), A9AlS2, AgGaS2, AgInS2, AgAlSe2, AgGaSe2, AgInSe2, AgAlTe2, AgGaTe2, AgInTe2, Cu(In1 - xGax)Se2(CIGS), Cu(In1 - xAlx)Se2, Cu(In1 - xGax)(S,Se)2, Ag(In1-xGax)Se2, 및 Ag(In1 - xGax)(S,Se)2 가 포함된다.Examples of the compound semiconductor are CuAlS 2 , CuGaS 2 , CuInS 2 , CuAlSe 2 , CuGaSe 2 , CuInSe 2 (CIS), A 9 AlS 2 , AgGaS 2 , AgInS 2 , AgAlSe 2 , AgGaSe 2 , AgInSe 2 , AgAlTe 2 , AgGaTe 2 , AgInTe 2 , Cu (In 1 - x Ga x ) Se 2 (CIGS), Cu (In 1 - x Al x ) Se 2 , Cu (In 1 - x Ga x ) (S, Se) 2 , Ag (In 1-x Ga x ) Se 2 , and Ag (In 1 - x Ga x ) (S, Se) 2 .

상기 광전 변화층(30)이 Ga가 고체 용질로서 존재하는 CuInSe2(CIS) 및/또는 CuInSe2인 Cu(In1 - xGax)Se2(CIGS)를 포함하는 것이 바람직하다. CIS 및 CIGS는 칼코파이라이드 결정 구조를 갖는 반도체이고, 높은 광흡수율 및 높은 광전 변환 효율을 나타내는 것이 보고되어 있다. 또한, 광 조사로 인하여 효율성의 열화가 적고, 이들이 내구성이 우수하다.It is preferable that the photoelectric change layer 30 include Cu (In 1 - x Ga x ) Se 2 (CIGS), which is CuInSe 2 (CIS) and / or CuInSe 2 in which Ga is present as a solid solute. CIS and CIGS are semiconductors having a chalcopide crystal structure and have been reported to exhibit high light absorption and high photoelectric conversion efficiency. In addition, there is little deterioration in efficiency due to light irradiation, and they are excellent in durability.

광전 변환층(30)은 소망의 반도체 도전성을 얻기 위한 불순물이 포함된다. 상기 불순물은 인접하는 층으로부터의 확산 및/또는 적극적인 도핑에 의해, 광전 변환층(30) 중에 포함될 수 있다. 광전 변환층(30) 중에 있어서, I-III-VI족 반도체 중의 구성 원소 및/또는 불순물은 농도 분포가 있어도 되고, n형, p형, 및 i형 등의 반도체성이 다른 복수의 층 영역이 포함되어 있어도 좋다. 예를 들면, CIGS 시스템에 있어서, 두께 방향으로 분포를 갖는 Ga양에 의해 밴드갭의 폭 및 캐리어 이동도가 제어될 수 있고, 상기 광전 변환 효율성이 양호하게 설계될 수 있다. 상기 광전 변환층(30)은 I-III-VI족 반도체 이외에 l종 또는 2종 이상의 반도체가 포함될 수 있다. I-III-VI족 반도체 이외의 반도체의 예로는 Si 등의 IVb족 원소의 반도체(IV족 반도체), GaAs 등의 IIIb족 원소 및 Vb족 원소의 반도체(III-V족 반도체) 및 CdTe 등의 IIb족 원소 및 VIb족 원소의 반도체(II-VI족 반도체)가 포함된다. 반도체 특성에 악영향을 주지않는 한, 상기 광전 변환층(30) 중에 소망의 반도체 도전성을 얻기 위해 불순물 이외에 성분이 포함될 수 있다. 상기 광전 변화층(30)에 포함되는 I-III-VI족 반도체의 양은 특별히 한정되지 않고, 75중량% 이상이 바람직하고, 95중량% 이상이 더욱 바람직하고, 99중량% 이상이 가장 바람직하다.The photoelectric conversion layer 30 contains impurities for obtaining a desired semiconductor conductivity. The impurities may be included in the photoelectric conversion layer 30 by diffusion and / or active doping from adjacent layers. In the photoelectric conversion layer 30, the constituent elements and / or impurities in the I-III-VI semiconductor may have concentration distribution, and a plurality of layer regions having different semiconductor properties such as n-type, p-type, and i-type It may be included. For example, in the CIGS system, the width and carrier mobility of the band gap can be controlled by the amount of Ga having a distribution in the thickness direction, and the photoelectric conversion efficiency can be well designed. The photoelectric conversion layer 30 may include one or two or more semiconductors in addition to the I-III-VI semiconductor. Examples of semiconductors other than the I-III-VI semiconductors include semiconductors of group IVb elements such as Si (group IV semiconductors), group IIIb elements such as GaAs and semiconductors of group Vb (groups III-V) and CdTe. Semiconductors of group IIb elements and group VIb elements (group II-VI semiconductors) are included. As long as the semiconductor characteristics are not adversely affected, components other than impurities may be included in the photoelectric conversion layer 30 to obtain a desired semiconductor conductivity. The amount of the group I-III-VI semiconductor included in the photoelectric change layer 30 is not particularly limited, and is preferably 75% by weight or more, more preferably 95% by weight or more, and most preferably 99% by weight or more.

CIGS층을 형성하는 공지의 방법은 1) 다원 동시 증착법(J.R. Tuttle et.al, "The Performance of Cu(In, Ga) Se2-Based Solar Cells in Conventional and Concentrator Applications", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.426, pp.143-151, 1996; 및 H. Miyazaki et al., "Growth of high-quality CuGaSe2 thin films using ionized Ga precursor", phys . Stat. sol. (a), Vol. 203, pp. 2603-2608, 2006 참조), 2) 셀렌화법(Nakada et al., "CuInSe2-based solar cells by Se-vapor selenization from Se-containing precursors", Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 35, pp. 209-214, 1994; 및 T. Nakada et al., "THIN FILMS OF CuInSe2 PRODUCED BY THERMAL ANNEALING OF MULTILAYERS WITH ULTRA-THIN STACKED ELEMENTAL LAYERS", Proceedings of the 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference (EU PVSEC), pp. 887-890, 1991 참조), 3) 스퍼터링법(J.H. Ermer et al., "CdS/CuInSe2 JUNCTIONS FABRICATED BY DC MAGNETRON SPUTTERING OF Cu2Se AND In2Se3", Proceedings of the 18th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp.1655-1658, 1985; 및 T. Nakada et al., "Polycrystalline CuInSe2 Thin Films for Solar Cells by Three-Source Magnetron Sputtering", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 32, Part 2, No. 8B, pp. L1169-L1172, 1993 참조); 4) 하이브리드 스퍼터링법(T. Nakada et al., "Microstructural Characterization for Sputter-Deposited CuInSe2 Films and Photovoltaic Devices", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 34, Part 1, No. 9A, pp. 4715-4721, 1995 참조), 및 5) 메카노케미컬 프로세싱법(T. Wada et al., "Fabrication of Cu(In, Ga) Se2 thin films by a combination of mechanochemical and screen-printing/sintering processes", Physica status solidi(a), Vol. 203, No. 11, pp. 2593-2597, 2006 참조)가 포함된다. 상기 CIGS층을 형성하는 기타 방법은 스크린 인쇄법, 근접 승화법, MOCVD법, 및 스프레이법이 포함된다. 예를 들면, Ib족 원소, IIIb족 원소 및 VIb족 원소가 포함되는 미립자 막은 스크린 인쇄법 또는 스프레이법으로 기판 상에 형성된 후, 열분해가 행해져(이 때, 상기 열분해 처리는 VIb족 원소 분위기 내에서 행해진다) 소망의 조성물의 결정이 얻어진다(일본 미심사 특허 공개 제9(1997)-074065, 9(1997)-074213 등). 도 6은 주된 I-III-VI 화합물 반도체에 있어서의 격자 상수와 밴드갭의 관계를 나타내는 그래프이다. 조성비를 변화시킴으로써 각종 밴드갭이 얻어질 수 있다. 밴드갭보다 에너지가 큰 프로톤이 반도체에 입사했을 경우, 밴드갭을 초과하는 에너지는 열손실이 된다. 태양광의 스펙트럼과 밴드갭의 조합에 대해서 행해진 이론 계산으로부터 1.4eV?1.5eV의 범위내에서 광전 변환율이 최대가 되는 것이 알려졌다. 상기 광전 변환 효율을 상승시키기 위해 높은 전환 효율을 갖는 밴드갭이 상기 밴드갭을 증가시킴으로써 얻어질 수 있다. 상기 밴드갭은 예를 들면, Cu(In, Ga)Se2(CIGS)의 Ga농도를 높이거나, Cu(In, Al)Se2의 Al농도를 높이거나 또는 Cu(In, Ga)(S, Se)2의 S농도를 높임으로써 증가시킬 수 있다.Known methods for forming a CIGS layer include: 1) multi-factor simultaneous deposition (JR Tuttle et.al, "The Performance of Cu (In, Ga) Se 2 -Based Solar Cells in Conventional and Concentrator Applications", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 426, pp. 143-151, 1996; and H. Miyazaki et al., "Growth of high-quality CuGaSe2 thin films using ionized Ga precursor", phys.Stat.sol. (A), Vol 203, pp. 2603-2608, 2006), 2) selenization method (Nakada et al., "CuInSe2-based solar cells by Se-vapor selenization from Se-containing precursors", Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 35, pp. 209-214, 1994; and T. Nakada et al., "THIN FILMS OF CuInSe 2 PRODUCED BY THERMAL ANNEALING OF MULTILAYERS WITH ULTRA-THIN STACKED ELEMENTAL LAYERS", Proceedings of the 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference (EU PVSEC), pp. 887-890, 1991), 3) sputtering method (JH Ermer et al., "CdS / CuInSe 2 JUNCTIONS FABRICATED BY DC MAGNETRON SPUTTERING OF Cu 2 Se AND In 2 Se 3 ", Proceedings of the 18th IEEE Photovoltaic Spe cialists Conference, pp. 1655-1658, 1985; and T. Nakada et al., "Polycrystalline CuInSe2 Thin Films for Solar Cells by Three-Source Magnetron Sputtering", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 32, Part 2, No. 8B, pp. L1169-L1172, 1993); 4) Hybrid sputtering method (T. Nakada et al., "Microstructural Characterization for Sputter-Deposited CuInSe 2 Films and Photovoltaic Devices", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 34, Part 1, No. 9A, pp. 4715-4721 , 1995), and 5) Mechanochemical processing (T. Wada et al., "Fabrication of Cu (In, Ga) Se2 thin films by a combination of mechanochemical and screen-printing / sintering processes", Physica status solidi (a), Vol. 203, No. 11, pp. 2593-2597, 2006). Other methods of forming the CIGS layer include screen printing, near-sublimation, MOCVD, and spray methods. For example, the particulate film containing the Group Ib element, Group IIIb element, and Group VIb element is formed on the substrate by screen printing or spraying, and then pyrolysis is performed (in this case, the pyrolysis treatment is performed in the Group VIb element atmosphere. Crystals of the desired composition are obtained (Japanese Unexamined Patent Publication No. 9 (1997) -074065, 9 (1997) -074213, etc.). 6 is a graph showing the relationship between the lattice constant and the band gap in a main I-III-VI compound semiconductor. Various band gaps can be obtained by changing the composition ratio. When protons with a larger energy than the bandgap enter the semiconductor, energy exceeding the bandgap becomes heat loss. Theoretical calculations performed on the combination of the spectrum and bandgap of the solar light reveal that the photoelectric conversion rate is maximized within the range of 1.4 eV to 1.5 eV. In order to increase the photoelectric conversion efficiency, a band gap having a high conversion efficiency can be obtained by increasing the band gap. The band gap may be, for example, to increase the Ga concentration of Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS), to increase the Al concentration of Cu (In, Al) Se 2 or to Cu (In, Ga) (S, Se) can be increased by increasing the S concentration of 2 .

(전극 및 버퍼층)(Electrode and buffer layer)

하부 전극(20)(이면 전극) 및 상부 전극(50)(투명 전극)은 모두 도전성 재료로 이루어진다. 광입사측 상의 상부 전극(50)은 투광성일 필요가 있다.The lower electrode 20 (backside electrode) and the upper electrode 50 (transparent electrode) are both made of a conductive material. The upper electrode 50 on the light incident side needs to be light transmissive.

상기 하부 전극(20)의 재료로서 Mo가 사용될 수 있다. 하부 전극(20)의 두께는 100nm 이상인 것이 바람직하고, 0.45?1.0㎛의 범위인 것이 보다 바람직하다. 상기 하부 전극(20)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 상기 하부 전극(20)을 형성하는 예로는 전자빔 증착법 및 스퍼터링 등의 기상 성장법이 열거된다. ZnO, ITO(인듐 주석 산화물), SnO2 또는 이들의 조합이 상부 전극(50)의 주성분으로 바람직하다. 상부 전극(5O)은 단층 구조이어도 좋고, 2층 구조 등의 적층 구조이어도 좋다. CdS, ZnS, Zn0, ZnMg0, ZnS(O, OH) 또는 그들의 조합이 버퍼층(40)의 재료인 것이 바람직하다.Mo may be used as the material of the lower electrode 20. It is preferable that the thickness of the lower electrode 20 is 100 nm or more, and it is more preferable that it is the range of 0.45-1.0 micrometer. The method of forming the lower electrode 20 is not particularly limited. Examples of forming the lower electrode 20 include gaseous growth methods such as electron beam deposition and sputtering. ZnO, ITO (indium tin oxide), SnO 2, or a combination thereof is preferable as the main component of the upper electrode 50. The upper electrode 50 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two layer structure. It is preferable that CdS, ZnS, Zn0, ZnMg0, ZnS (O, OH) or a combination thereof be the material of the buffer layer 40.

Mo 하부 전극, CIGS 광전 변환층, CdS 버퍼층 및 ZnO 상부 전극을 갖는 반도체 소자가 조성물의 바람직한 조합의 예이다.Semiconductor devices having a Mo bottom electrode, a CIGS photoelectric conversion layer, a CdS buffer layer and a ZnO top electrode are examples of preferred combinations of compositions.

소다 라임 글래스 기판 내의 알칼리 금속 원소(Na 원소)가 CIGS 막으로 분산되고 소다 라임 글래스 기판을 사용한 광전 변환 소자의 광전 변환 효율을 개선시킨다고 보고되어 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 GIGS 막 중에 알칼리 금속을 분산시키는 것이 바람직하다. 상기 CIGS 막내에 알칼리 금속 원소를 분산시키는 방법의 예로는 Mo 하부 전극 상에 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 알칼리 금속 원소를 포함하는 층을 형성하는 방법(예를 들면, 일본 미심사 특허공개 제8(1996)-222750호 참조), Mo 하부 전극 상에 침지법에 의해 Na2S 등으로 이루어지는 알칼리층이 형성되는 방법(예를 들면, WO03/069684호 참조), 및 Mo 하부 전극 상에 In, Cu 및 Ga 금속 원소를 포함하는 전구체가 형성된 후, 예를 들면 몰리브덴산 나트륨을 함유한 수용액을 상기 전구체에 부착시키는 방법이 포함된다.It is reported that alkali metal elements (element Na) in a soda lime glass substrate are dispersed in a CIGS film and improve the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element using the soda lime glass substrate. In the present invention, it is preferable to disperse the alkali metal in the GIGS film. Examples of a method of dispersing an alkali metal element in the CIGS film include a method of forming a layer containing the alkali metal element on the Mo lower electrode by vapor deposition or sputtering (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 8 (1996) ) -222750), a method of forming an alkali layer made of Na 2 S or the like by immersion on a Mo lower electrode (see, for example, WO03 / 069684), and In, Cu and After the precursor containing a Ga metal element is formed, the method of attaching the aqueous solution containing sodium molybdate, for example to the precursor is included.

또 다른 바람직한 구성으로는 상기 하부 전극(20)의 내부에 Na2S, Na2Se, NaCl, NaF 및 몰리브덴산 나트륨 염 등의 1종 또는 2종의 알칼리 금속 화합물을 포함하는 층인 것이 바람직하다.In another preferred configuration, the lower electrode 20 is preferably a layer containing one or two alkali metal compounds such as Na 2 S, Na 2 Se, NaCl, NaF, and sodium molybdate salt.

광전 변환층(30)?상부 전극(50)의 도전형은 특별히 제한되지 않는다. 통상, 광전 변환층(30)은 p층, 버퍼층(40)은 n층(n-CdS 등) 및 상부 전극(50)은 n층(n-ZnO등) 또는 i층과 n층을 포함하는 적층 구조(i-ZnO층과 n-ZnO층으로 이루어지는 적층 구조 등)이다. 이러한 도전형에서, 광전 변환층(30)과 상부 전극(50)의 사이에 p-n접합 또는 p-I-n접합이 형성된다고 생각된다. 또한, 광전 변환층(30) 상에 CdS로 형성되는 버퍼층(40)이 설치되면, Cd가 확산하고, 광전 변환층(30)의 표면에 n층이 형성되고, 광전변환층 내에 p-n접합이 형성된다고 생각된다. 또한, 광전 변환층(30) 내에 백층으로서 i층이 형성되어 광전 변환층 내에 p-I-접합이 형성된다고 생각된다.The conductivity type of the photoelectric conversion layer 30-upper electrode 50 is not specifically limited. Usually, the photoelectric conversion layer 30 includes a p layer, the buffer layer 40 includes an n layer (n-CdS, etc.), and the upper electrode 50 includes an n layer (n-ZnO, etc.), or an i layer and an n layer. It is a structure (lamination structure etc. which consist of an i-ZnO layer and an n-ZnO layer). In this conductivity type, it is considered that a p-n junction or a p-I-n junction is formed between the photoelectric conversion layer 30 and the upper electrode 50. In addition, when the buffer layer 40 formed of CdS is provided on the photoelectric conversion layer 30, Cd diffuses, an n layer is formed on the surface of the photoelectric conversion layer 30, and a pn junction is formed in the photoelectric conversion layer. I think. In addition, i layer is formed as a white layer in the photoelectric conversion layer 30, and it is thought that p-I-junction is formed in a photoelectric conversion layer.

(기타의 층)(Other layers)

광전 변환 소자(3)는 필요에 따라서, 상기의 것 이외에 층을 구비할 수 있다. 예를 들면, 절연층을 갖는 금속 기판(10)과 하부 전극(20)의 사이 및/또는 하부 전극(20)과 광전 변환층(30)의 사이에 층끼리의 밀착성을 높이기 위해 접착층(버퍼층)이 설치될 수 있다. 또한, 절연층을 갖는 금속 기판(2)과 하부 전극(20)의 사이에 알칼리 이온의 확산을 억제하는 알칼리 배리어층이 설치될 수 있다. 상기 알칼리 배리어층에 대해서 일본 미심사 특허 공개 제8(1996)-222750호를 참조할 수 있다.The photoelectric conversion element 3 can be provided with a layer other than the above as needed. For example, an adhesive layer (buffer layer) to increase adhesion between layers between the metal substrate 10 having the insulating layer and the lower electrode 20 and / or between the lower electrode 20 and the photoelectric conversion layer 30. This can be installed. In addition, an alkali barrier layer for suppressing diffusion of alkali ions may be provided between the metal substrate 2 having the insulating layer and the lower electrode 20. Japanese Unexamined Patent Publication No. 8 (1996) -222750 can be referred to for the alkali barrier layer.

상기 광전 변환 소자(3)는 태양 전지 등에 바람직하게 사용할 수 있다. 광전 변환 소자(3) 상에 커버 글래스, 보호 필름 등을 밀접하게 접착함으로써 태양 전지(4)가 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 반도체 소자는 광전 변환 소자에 한정되지 않는다. 상술한 바와 같이 기재된 플래너형 반도체 소자 이외에 메사형 반도체 소자에 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 세로형 반도체 소자 및 수평형 반도체 소자에 적용할 수 있다. 구체적인 예로서, 본 발명은 가요성 트랜지스터 등에 적용할 수 있다.The photoelectric conversion element 3 can be used suitably for a solar cell. The solar cell 4 can be constructed by closely adhering a cover glass, a protective film, or the like onto the photoelectric conversion element 3. However, the semiconductor element of the present invention is not limited to the photoelectric conversion element. It is applicable to mesa-type semiconductor elements other than the planar semiconductor element described above. In addition, the present invention can be applied to a vertical semiconductor device and a horizontal semiconductor device. As a specific example, the present invention can be applied to a flexible transistor or the like.

상술한 바와 같이, 본 발명의 반도체 소자(3) 및 태양 전지는 본 발명의 절연층(2)을 갖는 금속 기판(2)을 사용한다. 따라서, 절연층(2)을 갖는 금속 기판(2)으로 나타내어지는 것과 동일한 효과가 나타나고, 본래의 광전 변환 특성을 최대한 사용할 수 있고, 내구성이 우수한 반도체 소자이다.As described above, the semiconductor element 3 and the solar cell of the present invention use the metal substrate 2 having the insulating layer 2 of the present invention. Therefore, the same effect as that shown by the metal substrate 2 with the insulating layer 2 is exhibited, and it is a semiconductor element which can utilize the original photoelectric conversion characteristic to the maximum, and is excellent in durability.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명에 따른 반도체 소자의 실시예 및 비교예가 기재된다.Hereinafter, examples and comparative examples of the semiconductor device according to the present invention are described.

(평가 기준)(Evaluation standard)

<금속 내부 화합물 1의 동정 - X선 회절><Identification of Metal Internal Compound 1-X-ray Diffraction>

금속 내부 화합물의 동정이 CuKα빔을 사용하는 Rigaku 제작의 X선 회절 장치인 RINT-2000으로 행해져 측정되었다. 피크 강도가 높을수록 석출물의 질량이 큰 것을 나타낸다. 실시예 및 비교예의 조건 및 물성은 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서, "-"는 특정 회절 피크가 검출되기 않고, 노이즈 레벨 강도만이 검출되는 것을 나타낸다. Cps(counts per second, 초당수)가 측정 단위로서 사용되었고, 약 150cps 이하의 강도가 노이즈 레벨 강도로서 고안되었다.Identification of the metal internal compound was carried out with RINT-2000, an X-ray diffractometer manufactured by Rigaku, using a CuKα beam, and measured. Higher peak intensity indicates a larger mass of precipitates. The conditions and physical properties of the examples and the comparative examples are shown in Table 1. In Table 1, "-" indicates that no specific diffraction peak is detected, only noise level intensity is detected. Counts per second (Cps) was used as the unit of measurement, and an intensity of about 150 cps or less was designed as the noise level intensity.

<금속 내부 화합물 2의 동정 - SEM 및 EPMA><Identification of Compound 2 in Metals-SEM and EPMA>

SEM(Ultra 55, Zeiss 제작) 및 EPMA(Thermo 제작, NORAN 시스템(Energy Dispersion Type))가 조합된 표면 분석 장치에 의해 금속 내부 화합물의 동정이 행해졌다. 가속 전압은 10kV이었고, 공간 분해능이 약 0.5㎛이었다. 중량%는 측정 단위로서 사용되었다. 표 1에 있어서, "-"는 금속 분자간 화합물이 측정되지 않는 것을 나타낸다.The identification of metal internal compounds was carried out by a surface analysis apparatus combining SEM (Ultra 55, Zeiss) and EPMA (Thermo, NORAN system (Energy Dispersion Type)). The acceleration voltage was 10 kV and the spatial resolution was about 0.5 μm. Weight percent was used as the unit of measure. In Table 1, "-" indicates that the metal intermolecular compound was not measured.

(실시예 1)(Example 1)

JIS1N99에 사용되는 바과 같이 99.99% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되었고, 용액 열처리 및 여과가 행해져 DC 캐스팅법으로 두께가 500mm 및 폭이 1200mm인 잉곳이 제조되었다. 상기 잉곳의 표면은 표면 밀러에 의해 평균 두께가 10mm로 밀링되었다. 이어서, 등온 가열이 550℃에서 약 5시간 동안 행해졌다. 상기 온도가 400℃로 저하되면, 가열 압연 밀로 잉곳이 압연되어 두께가 2.7mm로 압연된 플레이트을 형성했다. 또한, 어닐링 장치로 1시간 동안 500℃에서 가열 처리가 행해졌고, 미러 피니쉬드 롤을 사용한 냉각 압연에 의해 상기 압연된 플레이트가 마감 처리되어 두께가 0.24mm가 되었다.The solution was prepared using aluminum having a purity of 99.99% or more as used in JIS1N99, and solution heat treatment and filtration were performed to produce an ingot 500 mm thick and 1200 mm wide by the DC casting method. The surface of the ingot was milled to an average thickness of 10 mm by surface miller. Subsequently, isothermal heating was performed at 550 ° C. for about 5 hours. When the temperature was lowered to 400 ° C., the ingot was rolled with a hot rolling mill to form a plate with a thickness of 2.7 mm. In addition, heat treatment was performed at 500 ° C. for 1 hour with an annealing apparatus, and the rolled plate was finished by cold rolling using a mirror finished roll to a thickness of 0.24 mm.

상기 Al 재료의 표면은 에탄올로 초음파 세정되었고, 아세트산 및 과염소산의 혼합용매로 전해 연마되었다. 이어서, 상기 Al판을 0.5g/L 옥살산 용액 중에서 40V로 정전압 전해하여 상기 Al판의 표면에 10㎛ 두께의 애노드화 막을 형성했다. Al 기재 내에 석출물이 확인되지 않았고, 애노드화 막의 다공성 구조에 흐트러짐이 존재하지 않았다.The surface of the Al material was ultrasonically cleaned with ethanol and electropolished with a mixed solvent of acetic acid and perchloric acid. Subsequently, the Al plate was subjected to constant voltage electrolysis at a voltage of 40 V in a 0.5 g / L oxalic acid solution to form an anode film having a thickness of 10 μm on the surface of the Al plate. No precipitate was found in the Al substrate, and no disturbance was present in the porous structure of the anodized film.

(실시예 2)(Example 2)

JIS1N99에 사용되는 것과 같이 99.99% 이상의 순도의 알루미늄 및 4중량%의 Mg를 사용하여 용액이 제조되었다. Mg 첨가 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 Al 재료가 제조되었다.The solution was prepared using aluminum with a purity of at least 99.99% and 4% by weight Mg as used in JIS1N99. An Al material was prepared in the same manner as in Example 1 except for the addition of Mg.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 37.5°를 나타내고, 1㎛ 보다 작은 크기의 미세 석출물이 상기 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Mg2로서도 동정되었다.When X-ray diffraction measurement was performed on the Al material, the peak showed 37.5 °, and it was confirmed that fine precipitates having a size smaller than 1 μm exist in the Al substrate, and were also identified as Al 3 Mg 2 by EPMA. .

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막을 형성했다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 µm was formed in the same manner as in Example 1.

도 7에 나타낸 바와 같이, 애노드화 막의 다공성 구조에 흐트러진 부분이 있었다. EPMA 측정에 의해 이들 부분으로부터 Al 및 산소와 함께 Mg가 검출되었다. 따라서, 이들 부분은 Al3Mg2가 애노드화된 위치인 것이라 판단되었다. 그러나, Al3Mg2가 존재하는 부분은 빈공간이 아니었고, 혼란된 다공성 구조이었고, 상기 혼란된 다공성 구조는 상기 Al 기재로 연속되었다. As shown in FIG. 7, there was a disturbance in the porous structure of the anodized membrane. Mg was detected together with Al and oxygen from these parts by EPMA measurements. Therefore, these portions were judged to be the positions where Al 3 Mg 2 was anodized. However, the part where Al 3 Mg 2 is present was not an empty space, but was a confused porous structure, and the confused porous structure was continuous with the Al substrate.

(실시예 3)(Example 3)

JIS1N99에 사용되는 것과 같이 99.99% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되었고, 용액 열처리 및 여과가 행해져 DC 캐스팅법으로 두께가 500mm 및 폭이 1200mm인 잉곳을 제조하였다. 이어서, 열처리가 온도 520℃에서 행해지는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 0.24mm인 알루미늄 재료가 제조되었다. The solution was prepared using aluminum having a purity of 99.99% or more as used in JIS1N99, and solution heat treatment and filtration were performed to prepare an ingot 500 mm thick and 1200 mm wide by the DC casting method. Next, an aluminum material having a thickness of 0.24 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at a temperature of 520 ° C.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 42.0°를 나타내고, 상기 Al 재료는 α-AlFeSi가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 동정되었다.When X-ray diffraction measurement was performed on the Al material, it was confirmed that the peak represented 42.0 ° and the Al material contained α-AlFeSi. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 μm exist in the Al substrate, and Al 3 Fe, Al 6 Fe, and AlFeSi were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 산소와 함께 검출되었다. 따라서, 이들 부분은 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 애노드화되는 위치라 판단되었다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe, Al 6 Fe and AlFeSi were detected together with oxygen. Therefore, these portions were judged to be the positions where Al 3 Fe, Al 6 Fe, and α-AlFeSi were anodized.

(실시예 4)(Example 4)

JIS1000에 사용되는 것과 같이 99.99% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되었고, 용액 열처리 및 여과가 행해져 DC 캐스팅법으로 두께가 500mm 및 폭이 1200mm인 잉곳이 제조되었다. 이어서, 열처리가 온도 520℃에서 행해지는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 0.24mm인 알루미늄 재료가 제조되었다. The solution was prepared using aluminum having a purity of 99.99% or more as used in JIS1000, and solution heat treatment and filtration were performed to produce an ingot 500 mm thick and 1200 mm wide by the DC casting method. Next, an aluminum material having a thickness of 0.24 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at a temperature of 520 ° C.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 42.0°, 18.0°및 42.0°을 나타내고, 상기 Al 재료는 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 동정되었다.When X-ray diffraction measurements were made on the Al material, the peaks showed 42.0 °, 18.0 ° and 42.0 °, and it was confirmed that the Al material contained Al 3 Fe, Al 6 Fe and α-AlFeSi. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 μm exist in the Al substrate, and Al 3 Fe, Al 6 Fe, and AlFeSi were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 산소와 함께 검출되었다. 따라서, 이들 부분은 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 애노드화되는 위치라 판단되었다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe, Al 6 Fe and AlFeSi were detected together with oxygen. Therefore, these portions were judged to be the positions where Al 3 Fe, Al 6 Fe, and α-AlFeSi were anodized.

(실시예 5)(Example 5)

어닐링 장치에 의해 가열 처리가 1시간 동안 560℃에서 행해지는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 Al 재료가 제조되었다.An Al material was produced in the same manner as in Example 4 except that the heat treatment was performed at 560 ° C. for 1 hour by the annealing apparatus.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 24.1°, 18.0°및 42.0°을 나타내고, 상기 Al 재료는 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 동정되었다.When X-ray diffraction measurements were made on the Al material, the peaks showed 24.1 °, 18.0 ° and 42.0 °, and it was confirmed that the Al material contained Al 3 Fe, Al 6 Fe and α-AlFeSi. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 μm exist in the Al substrate, and Al 3 Fe, Al 6 Fe, and AlFeSi were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 산소와 함께 검출되었다. 따라서, 이들 부분은 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 애노드화되는 위치라 판단되었다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe, Al 6 Fe and AlFeSi were detected together with oxygen. Therefore, these portions were judged to be the positions where Al 3 Fe, Al 6 Fe, and α-AlFeSi were anodized.

(실시예 6)(Example 6)

JIS1000에 사용되는 것과 같이 99.99% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하고 Fe가 1중량%로 첨가되어 용액이 제조되는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 재료가 제조되었다. An aluminum material was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution was prepared by using aluminum having a purity of 99.99% or more and Fe by 1% by weight as used in JIS1000.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 24.1°, 18.0°및 42.0°을 나타내고, 상기 Al 재료는 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 동정되었다.When X-ray diffraction measurements were made on the Al material, the peaks showed 24.1 °, 18.0 ° and 42.0 °, and it was confirmed that the Al material contained Al 3 Fe, Al 6 Fe and α-AlFeSi. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 μm exist in the Al substrate, and Al 3 Fe, Al 6 Fe, and AlFeSi were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 산소와 함께 검출되었다. 따라서, 이들 부분은 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 애노드화되는 위치라 판단되었다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe, Al 6 Fe and AlFeSi were detected together with oxygen. Therefore, these portions were judged to be the positions where Al 3 Fe, Al 6 Fe, and α-AlFeSi were anodized.

(실시예 7)(Example 7)

Al재료가 실시예 6과 동일한 방법으로 제조되었다. 상기 Al재료의 표면은 초음파 세정되었고, 아세트산 및 과염소산의 혼합용매로 전해 연마되었다. 이어서, 상기 Al판을 1.73mol/L 황산 용액 중에서 13V로 정전압 전해하여 상기 Al판의 표면에 10㎛두께의 애노드화 막을 형성했다. 상기 애노드화 막의 단면에 대해 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe, Al6Fe 및 AlFeSi가 산소와 함께 검출되었다. 따라서, 이들 부분은 Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 애노드화되는 위치라 판단되었다.Al material was prepared in the same manner as in Example 6. The surface of the Al material was ultrasonically cleaned and electropolished with a mixed solvent of acetic acid and perchloric acid. Subsequently, the Al plate was subjected to constant voltage electrolysis at 13 V in a 1.73 mol / L sulfuric acid solution to form an anode film having a thickness of 10 μm on the surface of the Al plate. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe, Al 6 Fe and AlFeSi were detected together with oxygen. Therefore, these portions were judged to be the positions where Al 3 Fe, Al 6 Fe, and α-AlFeSi were anodized.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

JIS1N1080에 사용되는 것과 같이 99.8% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되었고, 용액 열처리 및 여과가 행해져 DC 캐스팅법으로 두께가 500mm 및 폭이 1200mm인 잉곳이 제조되었다. 열처리가 온도 400℃에서 행해지는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 0.24mm인 Al 재료가 제조되었다. A solution was prepared using aluminum having a purity of 99.8% or more as used in JIS1N1080, and solution heat treatment and filtration were performed to produce an ingot 500 mm thick and 1200 mm wide by the DC casting method. An Al material having a thickness of 0.24 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at a temperature of 400 ° C.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 24.1°및 28.4°를 나타내고, 상기 Al 재료는 Al3Fe 및 금속 Si가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al6Fe 및 Si가 동정되었다.When X-ray diffraction measurements were made on the Al material, the peaks showed 24.1 ° and 28.4 °, and it was confirmed that the Al material contained Al 3 Fe and metal Si. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 µm exist in the Al substrate, and Al 6 Fe and Si were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe가 애노드화 되었지만, 금속 Si는 애노드화되지 않고, 금속 Si로서 Al재료에 잔존했다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe was anodized, but the metal Si was not anodized and remained in the Al material as the metal Si.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

JIS1100에 사용되는 것과 같이 99.0% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 Al 재료가 제조되었다. An Al material was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the solution was prepared using aluminum having a purity of 99.0% or more as used in JIS1100.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 24.1°, 18.0°및 28.4°를 나타내고, 상기 Al 재료는 Al3Fe, Al6Fe 및 금속 Si가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Fe, Al6Fe 및 금속 Si가 동정되었다.When X-ray diffraction measurements were made on the Al material, the peaks showed 24.1 °, 18.0 ° and 28.4 °, and it was confirmed that the Al material contained Al 3 Fe, Al 6 Fe and metal Si. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 µm exist in the Al substrate, and Al 3 Fe, Al 6 Fe, and metal Si were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe 및 Al6Fe가 애노드화 되었지만, 금속 Si는 애노드화되지 않고, 금속 Si로서 Al재료에 잔존했다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe and Al 6 Fe were anodized, but the metal Si was not anodized and remained in the Al material as the metal Si.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

JIS1100에 사용되는 것과 같이 99.0% 이상의 순도의 알루미늄을 사용하여 용액이 제조되고, 열처리가 600℃의 온도에서 행해지는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 Al 재료가 제조되었다. An Al material was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the solution was prepared using aluminum having a purity of 99.0% or more as used in JIS 1100, and the heat treatment was performed at a temperature of 600 ° C.

X선 회절 측정이 상기 Al 재료에 대해 행해지는 경우, 피크는 24.1°, 18.0°, 42.0°및 28.4° 를 나타내고, 상기 Al 재료는 Al3Fe, Al6Fe, α-AlFeSi 및 금속 Si가 포함되는 것이 확인되었다. 최대 사이즈가 3㎛인 미세 석출물이 Al 기재에 존재하는 것이 확인되었고, EPMA에 의해 Al3Fe, Al6Fe, α-AlFeSi 및 금속 Si가 동정되었다.When X-ray diffraction measurements are made on the Al material, the peaks represent 24.1 °, 18.0 °, 42.0 ° and 28.4 °, the Al material comprising Al 3 Fe, Al 6 Fe, α-AlFeSi and metal Si It was confirmed. It was confirmed that fine precipitates having a maximum size of 3 µm exist in the Al substrate, and Al 3 Fe, Al 6 Fe, α-AlFeSi, and metal Si were identified by EPMA.

이어서, 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe, Al6Fe 및 α-AlFeSi가 애노드화되었지만, 금속 Si는 애노드화되지 않고, 금속 Si로서 Al 재료에 잔존했다.Subsequently, an anode film having a thickness of 10 μm was formed in the same manner as in Example 1. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anodized film, Al 3 Fe, Al 6 Fe and α-AlFeSi were anodized, but metal Si was not anodized and remained in the Al material as metal Si.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

비교예 2와 동일한 방법으로 Al 재료가 제조되었다. 이어서, 실시예 7과 동일한 방법으로 두께가 10㎛인 애노드화 막이 형성되었다. 상기 애노드화 막의 단면에 대하여 행해지는 EPMA 측정의 결과로서, Al3Fe 및 Al6Fe가 애노드화되었지만, 금속 Si는 애노드화되지 않고, 금속 Si로서 Al 재료에 잔존했다.An Al material was prepared in the same manner as in Comparative Example 2. An anodized film having a thickness of 10 µm was then formed in the same manner as in Example 7. As a result of the EPMA measurement performed on the cross section of the anode film, Al 3 Fe and Al 6 Fe were anodized, but metal Si was not anodized and remained in the Al material as metal Si.

(절연 특성의 측정)(Measurement of Insulation Characteristics)

양극으로서 Al층을 사용하는 실시예 및 비교예의 각각의 기판에 대하여 절연파괴 전압을 측정했다. 절연 특성 측정은 마스크 증착에 의해 두께가 0.2㎛ 및 직경이 3.5mm인 Au로 형성된 전극을 형성하고, 상기 Au 전극에 정전압을 가하고, 누설 전류의 시간 변화를 관찰하여 행해졌다. 상기 전류는 1초 간격으로 60초 동안 측정되었다. 여기서, 누설 전류를 Au 전극 면적(9.6mm2)으로 나눈 값이 누설 전류 밀도가 된다.The dielectric breakdown voltage was measured about each board | substrate of the Example and the comparative example which use Al layer as an anode. Insulation property measurement was performed by forming the electrode formed from Au which is 0.2 micrometer in thickness, and 3.5 mm in diameter by mask vapor deposition, applying a constant voltage to this Au electrode, and observing the time change of the leakage current. The current was measured for 60 seconds at 1 second intervals. Here, the value obtained by dividing the leakage current by the Au electrode area (9.6 mm 2 ) is the leakage current density.

또한, 본 발명자는 음극으로서 Al층에 전압이 가해지는 경우에 비하여 양극으로서 A1층에 전압이 가해지는 경우, 애노드화 막이 매우 높은 절연 특성을 나타내는 것을 발견했다(일본특허출원 제2009-093536호 참조). 그 이유에 대한 상세는 현재는 불분명하지만, 배리어층내의 결함이 자기 수복되면서 배리어층이 막성장된다고 추정된다. 즉, Al 기재(1)가 양극이 되도록 전압이 인가됨으로써, 전기적으로 취약한 배리어층내의 부분에 전계가 집중되고, 이들 취약 부분 근방에 애노드 산화 현상이 우선시된다. 이것에 의해, 하자의 자가 수복이 우선시되고, 경시에 따라서 하자가 없는 배리어층이 성장된다고 추정된다.In addition, the inventors have found that the anode film exhibits very high insulation characteristics when the voltage is applied to the A1 layer as the anode as compared with the case where a voltage is applied to the Al layer as the cathode (see Japanese Patent Application No. 2009-093536). ). The details of the reason are unclear at present, but it is presumed that the barrier layer grows as the defects in the barrier layer self repair. In other words, when a voltage is applied so that the Al base material 1 becomes an anode, an electric field is concentrated in a portion in the electrically weak barrier layer, and an anode oxidation phenomenon is given priority in the vicinity of these weak portions. As a result, self repair of defects is prioritized, and it is estimated that barrier-free barrier layers grow over time.

(평가)(evaluation)

도 8a는 실시예 1의 과전류 특성을 나타낸 도면이다. 도 8a의 과전류 특성에 있어서 큰 누설 전류는 확인되지 않고, 100OV의 전압이 가해지는 경우라도 절연 파괴는 일어나지 않는다. 전압 200V가 60초 동안 가해지는 경우, 누설 전류 밀도가 1.0×10-7A/cm2이었다.8A is a diagram showing the overcurrent characteristic of Example 1. FIG. In the overcurrent characteristic of FIG. 8A, a large leakage current is not confirmed, and dielectric breakdown does not occur even when a voltage of 100OV is applied. When the voltage 200V was applied for 60 seconds, the leakage current density was 1.0 x 10 -7 A / cm 2 .

도 8b는 실시예 2의 과전류 특성을 나타내는 도면이다. 실시예 1과 동일하게, 도 8b의 과전류 특성에 있어서, 큰 누설 전류는 확인되지 않았고, 전압 100OV가 가해지는 경우라도 절연 파괴는 일어나지 않았다. 전압 200V가 60초 동안 가해지는 경우, 누설 전류 밀도가 7.5×10-8A/cm2이었다. 실시예 2에 있어서, 석출 입자는 Mg의 알루미늄화 화합물만이었다. 따라서, 본 발명의 애노드화될 수 있는 석출 입자만을 갖는 Al판은 고순도 Al판과 동등한 효과를 나타내는 것이 실증되었다.8B is a diagram illustrating the overcurrent characteristic of Example 2. FIG. As in Example 1, in the overcurrent characteristic of Fig. 8B, no large leakage current was confirmed, and no dielectric breakdown occurred even when a voltage of 100OV was applied. When the voltage 200V was applied for 60 seconds, the leakage current density was 7.5x10 -8 A / cm 2 . In Example 2, the precipitated particles were only Mg aluminized compounds. Therefore, it was demonstrated that the Al plate having only the anodized precipitated particles of the present invention had an effect equivalent to that of the high purity Al plate.

동일하게, 실시예 3?7 중 어느 것에서도 절연 파괴는 일어나지 않았다. 실시예 3?7에 대하여 각각 전압 200V가 60초 동안 가해지는 경우, 누설 전류 밀도는 각각 2.2×10-8A/cm2, 6.6×10-7A/cm2, 7.2×10-7A/cm2, 8.5×10-7A/cm2 및 1.5×10-6A/cm2이었다.Similarly, no dielectric breakdown occurred in any of Examples 3-7. When the voltage 200V is applied for 60 seconds for each of Examples 3-7, the leakage current densities are 2.2 × 10 -8 A / cm 2 , 6.6 × 10 -7 A / cm 2 , 7.2 × 10 -7 A /, respectively. cm 2 , 8.5 × 10 −7 A / cm 2, and 1.5 × 10 −6 A / cm 2 .

도 8C는 비교예 1의 과전류 특성을 나타내는 그래프이다. 도 8의 과전류 특성에 있어서, 누설 전류에 큰 변동은 확인되었지만, 전압이 600V 인가가 개시된 후 15초 후에 절연 파괴가 발생했다. 절연 파괴의 원인은 배리어층 내에 금속 Si(비애노드화 석출 입자)의 존재로 인한 큰 하자로 인해 절연 특성이 열악하고, 금속 Si가 자가 수복 Al 원소를 갖지 않아 배리어층이 성장되지 않는다고 추정된다. 그 결과, 실시예와 비교해서 누설 전류 특성 및 내전압성이 크게 저하하고, 충분한 절연성이 얻어질 수 없는 것이라 생각된다. 전압 200V가 60초 동안 가해지는 경우, 누설 전류 밀도가 5.1×10-6A/cm2이었다.8C is a graph showing the overcurrent characteristic of Comparative Example 1. FIG. In the overcurrent characteristic of Fig. 8, a large variation in leakage current was confirmed, but insulation breakdown occurred 15 seconds after the start of the application of the voltage of 600V. It is presumed that the cause of the dielectric breakdown is poor insulation due to a large defect due to the presence of metal Si (non-anodized precipitated particles) in the barrier layer, and the barrier layer is not grown because the metal Si does not have a self-repairing Al element. As a result, it is considered that leakage current characteristics and withstand voltages are greatly reduced as compared with the examples, and sufficient insulation cannot be obtained. When the voltage 200V was applied for 60 seconds, the leakage current density was 5.1 × 10 -6 A / cm 2 .

동일하게, 각각 330V, 420V 및 360V에서 비교예 2?4의 절연 파괴는 일어나지 않았다. 금속 Si 함량의 양이 많으므로 비교예 1 보다 낮은 전압이 인가된 비교예 2?4에 절연 파괴가 발생된다고 추정되었다. 비교예 2?4의 각각에 전압 200V가 60초 동안 가해지는 경우, 누설 전류 밀도는 각각 1.6×10-5A/cm2, 9.6×10-6A/cm2 및 3.3×10-5A/cm2이었다.Likewise, no dielectric breakdown of Comparative Examples 2-4 occurred at 330V, 420V, and 360V, respectively. Since the amount of the metal Si content was large, it was estimated that the dielectric breakdown occurred in Comparative Examples 2 to 4 to which a voltage lower than that of Comparative Example 1 was applied. When a voltage of 200 V was applied to each of Comparative Examples 2-4 for 60 seconds, the leakage current densities were 1.6 × 10 -5 A / cm 2 , 9.6 × 10 -6 A / cm 2, and 3.3 × 10 -5 A /, respectively. cm 2 .

상술한 바와 같이, 실시예 1?7의 Al재료는 실질적으로 금속 Si가 포함되지 않는다. 애노드화 막이 이러한 Al 재료를 사용하여 형성되는 경우, 절연 파괴 전압이 1000V 이상인 것이 확인되었다. 한편, 그 정도가 다르지만, 비교예 1?4의 상기 Al재료는 금속 Si를 포함한다. 이러한 Al 재료를 사용하여 애노드화 막이 형성되는 경우, 금속 Si가 애노드화되지 않고, 금속 Si로서 Al재료에 잔존하고, 1000V 미만의 전압의 인가시에 절연 파괴가 일어난다는 것이 확인되었다. 따라서, 비애노드화 금속 Si 입자는 절연 파괴 개시점이 확인될 수 있었다.As described above, the Al material of Examples 1-7 substantially contains no metal Si. When the anode film was formed using this Al material, it was confirmed that the dielectric breakdown voltage was 1000 V or more. On the other hand, although the extent differs, the said Al material of the comparative examples 1-4 contains metal Si. When an anode film was formed using such an Al material, it was confirmed that the metal Si was not anodized, remained in the Al material as the metal Si, and dielectric breakdown occurred upon application of a voltage of less than 1000V. Therefore, the breakdown start point of the non-anode metal Si particles could be confirmed.

또한, 실시예 2?7에 있어서, 석출 입자가 존재하지만, 애노드화될 수 있는 석출 입자인 경우, 절연 특성에 대해서 문제가 없었다. Al 기재는 애노드화될 수 있는 물질만이 포함되고, 애노드화될 수 없는 금속 Si가 실질적으로 포함되지 않는 것이 바람직하다.In addition, in Example 2-7, although the precipitated particle exists, when it was the precipitated particle | grains which can be anodized, there was no problem regarding insulation characteristics. Preferably, the Al substrate contains only materials that can be anodized and is substantially free of metal Si that cannot be anodized.

이하, 실시예 및 비교예의 조건 및 특성이 표 1에 나타내어진다.Hereinafter, the conditions and the characteristic of an Example and a comparative example are shown in Table 1.

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002

Figure pct00002

Claims (11)

적어도 한면에 애노드 산화를 행함으로써 반도체 소자용의 절연층을 갖는 금속 기판을 형성하는 방법에 사용되는 Al 기재로서:
Al 매트릭스 중에 석출 입자로서 애노드 산화에 의해 애노드화될 수 있는 물질의 석출 입자만을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al 기재.
As Al substrate used in the method of forming the metal substrate which has the insulating layer for semiconductor elements by performing anode oxidation on at least one surface:
An Al substrate comprising only precipitated particles of a material that can be anodized by anode oxidation as precipitated particles in an Al matrix.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드화되는 물질은 Al 및 Mg 중 하나를 포함하는 금속간 화합물인 것을 특징으로 하는 Al 기재.
The method of claim 1,
The anode material is an Al substrate, characterized in that the intermetallic compound containing one of Al and Mg.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 Al 기재 중에 석출 입자로서 금속 Si가 실질적으로 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 Al 기재.
The method according to claim 1 or 2,
An Al substrate, wherein the metal Si is substantially not included as precipitated particles in the Al substrate.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 Al 기재의 적어도 한면에 애노드 산화를 행함으로써 상기 Al 기재의 적어도 한면에 애노드화 막이 형성된 것을 특징으로 하는 절연층을 갖는 금속 기판. An anode film is formed on at least one surface of the Al substrate by performing anode oxidation on at least one surface of the Al substrate according to any one of claims 1 to 3. A metal substrate having an insulating layer. 제 4 항에 기재된 절연층을 갖는 금속 기판;
상기 금속 기판 상에 설치된 반도체층; 및
상기 반도체층에 전압을 인가하는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
A metal substrate having an insulating layer according to claim 4;
A semiconductor layer provided on the metal substrate; And
And at least one pair of electrodes for applying a voltage to the semiconductor layer.
제 5 항에 있어서,
상기 반도체는 상기 반도체층이 광을 흡수함으로써 전류를 발생하는 광전 변환 기능을 갖는 광전 변환 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method of claim 5, wherein
And the semiconductor is a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion function in which the semiconductor layer generates current by absorbing light.
제 6 항에 있어서,
상기 반도체층의 주성분은 적어도 1종의 칼코파이라이트 구조를 갖는 화합물 반도체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method according to claim 6,
The main component of the semiconductor layer is a semiconductor device, characterized in that the compound semiconductor having at least one chalcopite structure.
제 7 항에 있어서,
상기 반도체의 주성분은 Ib족 원소, IIIb족 원소 및 VIb족 원소를 포함하는 적어도 1종의 화합물 반도체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method of claim 7, wherein
A semiconductor device according to claim 1, wherein the main component of the semiconductor is at least one compound semiconductor containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element.
제 8 항에 있어서,
상기 반도체의 주성분은 Cu 및 Ag로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 Ib족 원소;
Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 IIIb족 원소; 및
S, Se 및 Te로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 VIb족 원소를 포함하는 적어도 1종의 화합물 반도체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method of claim 8,
The main component of the semiconductor is at least one group Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag;
At least one group IIIb element selected from the group consisting of Al, Ga and In; And
A semiconductor device comprising at least one compound semiconductor comprising at least one group VIb element selected from the group consisting of S, Se, and Te.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.The solar cell provided with the semiconductor element of any one of Claims 6-9. Al 기재를 준비하는 공정;
상기 Al 기재에 용융 처리를 행하여 Al 잉곳을 얻는 공정;
상기 Al 잉곳을 Si-Al의 공결정화 온도 미만의 온도에서 등온 가열하는 공정;
압연이 가능한 온도까지 상기 Al 잉곳을 냉각하는 공정;
상기 Al 잉곳을 압연하는 공정;
상기 압연된 Al에 대하여 상기 공결정화 온도 미만의 온도에서 열처리를 행하는 공정;
상기 열처리된 Al 기재를 냉각 압연하여 Al 기판을 얻는 공정; 및
상기 Al 기판에 대해 상기 Al 기판의 표면 중 적어도 한면을 애노드 산화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al 기재의 제조방법.
Preparing an Al substrate;
Melting the Al substrate to obtain an Al ingot;
Isothermally heating the Al ingot at a temperature below the co-crystallization temperature of Si-Al;
Cooling the Al ingot to a temperature at which rolling is possible;
Rolling the Al ingot;
Heat-treating the rolled Al at a temperature below the co-crystallization temperature;
Cold rolling the heat-treated Al substrate to obtain an Al substrate; And
And anode-oxidizing at least one surface of the surface of the Al substrate with respect to the Al substrate.
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